Published March 7, 2024 | Version v1
Publication Open

An improved medium for in vitro studies of female reproduction and oviposition in Schistosoma japonicum

Creators

  • 1. Fudan University
  • 2. National Institute for Parasitic Diseases

Description

Schistosomiasis is a disease primarily caused by eggs laid by pathogens called schistosomes. Among the schistosome species infecting humans, Schistosoma japonicum possesses the largest fecundity; each adult female produces an average of 3500 eggs per day. The lack of proper culture conditions supporting continuous oviposition in vitro has precluded detailed investigation of mechanisms regulating sexual maturation and egg production in Schistosoma japonicum.We optimized in vitro culture conditions by replacing reagents that are part of the classical ABC169 medium. Fast Blue BB staining and 4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) labeling were applied to observe the sexual development status of the females. In vitro RNA interference (RNAi) technology was used to validate the capability of the modified medium. The detection of male β-alanyl-tryptamine (BATT) was conducted using liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS).Both m-AB169 (1640) and AB169 (1640) media are capable of facilitating the sexual development of paired virgin female S. japonicum, as well as sustaining the mature reproductive organs and egg production of adult S. japonicum for at least 22 days in vitro. M-AB169 (1640) provided a more stable condition for supporting the sexual maturity of female S. japonicum, as evidenced by the consistent initiation of egg production compared with AB169 (1640). Through a comparative analysis of S. japonicum and S. mansoni in diverse media, we demonstrated that these closely related species display distinct demands for their sexual development and egg production, suggesting a potential influence of nutritional factors on the observed variations in host ranges among different schistosome species. Importantly, we successfully identified the presence of the pheromone β-alanyl-tryptamine (BATT) in S. japonicum, previously identified in S. mansoni, highlighting its conserved role in schistosome reproductive development. Through the employment of double-stranded RNA (dsRNA) treatment to silence two genes that are involved in either the male (gli1, glioma-associated oncogene homolog 1) or female (vf1, vitellogenic factor 1) side in male-induced female reproductive development of S. mansoni, we confirmed that the combination of m-AB169 (1640) and RNAi technology has the capacity to facilitate in vitro studies of S. japonicum's reproductive and oviposition processes.We developed a novel medium, m-AB169 (1640), that not only maintains the mature reproductive organs and continuous oviposition of adult female Schistosoma japonicum for up to 22 days but also supports the reproductive development and subsequent egg-laying of virgin females after pairing with male worms. This study provides a valuable in vitro platform for functional studies of the mechanisms underlying the fascinating biology of the female sexual development and egg production of S. japonicum, which may accelerate the development of new strategies targeting schistosome egg production.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

داء البلهارسيا هو مرض يسببه في المقام الأول البيض الذي تضعه مسببات الأمراض التي تسمى البلهارسيا. من بين أنواع البلهارسيا التي تصيب البشر، تمتلك البلهارسيا اليابانية أكبر خصوبة ؛ تنتج كل أنثى بالغة ما معدله 3500 بيضة في اليوم. أدى عدم وجود ظروف زراعة مناسبة تدعم التبويض المستمر في المختبر إلى منع التحقيق التفصيلي في الآليات التي تنظم النضج الجنسي وإنتاج البويضات في البلهارسيا اليابانية. لقد قمنا بتحسين ظروف الاستزراع في المختبر من خلال استبدال الكواشف التي تشكل جزءًا من وسيط ABC169 الكلاسيكي. تم تطبيق تلوين BB الأزرق السريع ووضع ملصقات 4'، 6 -دياميدينو-2 -فينيليندول (DAPI) لمراقبة حالة التطور الجنسي للإناث. تم استخدام تقنية تداخل الحمض النووي الريبي في المختبر (RNAi) للتحقق من قدرة الوسيط المعدل. تم الكشف عن ذكر بيتا ألانيل تريبتامين (BAT) باستخدام كروماتوغرافيا سائلة - مطياف الكتلة (LC - MS). كل من وسائط m - AB169 (1640) و AB169 (1640) قادرة على تسهيل التطور الجنسي للإناث البكر المزدوجة S. japonicum، وكذلك الحفاظ على الأعضاء التناسلية الناضجة وإنتاج البيض من S. japonicum البالغ لمدة 22 يومًا على الأقل في المختبر. قدم M - AB169 (1640) حالة أكثر استقرارًا لدعم النضج الجنسي للإناث S. japonicum، كما يتضح من البدء المستمر في إنتاج البيض مقارنة بـ AB169 (1640). من خلال تحليل مقارن لـ S. japonicum و S. mansoni في وسائط متنوعة، أظهرنا أن هذه الأنواع وثيقة الصلة تظهر مطالب متميزة لنموها الجنسي وإنتاج البيض، مما يشير إلى التأثير المحتمل للعوامل الغذائية على الاختلافات الملحوظة في نطاقات المضيف بين أنواع البلهارسيا المختلفة. الأهم من ذلك، أننا نجحنا في تحديد وجود فرمون بيتا- ألانيل- تريبتامين (BAT) في S. japonicum، الذي تم تحديده سابقًا في S. mansoni، مما يسلط الضوء على دوره المحفوظ في التطور التناسلي للبلهارسيا. من خلال توظيف العلاج المزدوج للحمض النووي الريبي (dsRNA) لإسكات اثنين من الجينات التي تشارك إما في الذكور (gli1، متجانس الأورام المرتبط بالورم الدبقي 1) أو الإناث (vf1، عامل محي 1) في التطور التناسلي للأنثى الناجم عن الذكور من S. mansoni، أكدنا أن الجمع بين m - AB169 (1640) وتقنية RNAi لديه القدرة على تسهيل الدراسات المختبرية لعمليات التكاثر والبويضات في S. japonicum. طورنا وسيطًا جديدًا، m - AB169 (1640)، لا يحافظ فقط على الأعضاء التناسلية الناضجة والبويضات المستمرة للبلهارسيا اليابانية البلهارسيا الأنثوية البالغة لمدة تصل إلى 22 يومًا ولكنه يدعم أيضًا التطور التناسلي ووضع البيض اللاحق للإناث العذراء بعد الاقتران مع الديدان الذكورية. توفر هذه الدراسة منصة قيمة في المختبر للدراسات الوظيفية للآليات الكامنة وراء البيولوجيا الرائعة للتطور الجنسي للإناث وإنتاج بويضات S. japonicum، والتي قد تسرع من تطوير استراتيجيات جديدة تستهدف إنتاج بويضات البلهارسيا.

Translated Description (French)

La schistosomiase est une maladie principalement causée par des œufs pondus par des agents pathogènes appelés schistosomes. Parmi les espèces de schistosomes infectant l'homme, Schistosoma japonicum possède la plus grande fécondité ; chaque femelle adulte produit en moyenne 3500 œufs par jour. L'absence de conditions de culture appropriées soutenant une oviposition continue in vitro a empêché une étude détaillée des mécanismes régulant la maturation sexuelle et la production d'œufs chez Schistosoma japonicum. Nous avons optimisé les conditions de culture in vitro en remplaçant les réactifs qui font partie du milieu ABC169 classique. La coloration Fast Blue BB et le marquage 4',6-diamidino-2-phénylindole (DAPI) ont été appliqués pour observer l'état de développement sexuel des femelles. La technologie d'interférence ARN in vitro (ARNi) a été utilisée pour valider la capacité du milieu modifié. La détection de la β-alanyl-tryptamine (BATT) mâle a été réalisée à l'aide de la chromatographie liquide-spectrométrie de masse (LC-MS). Les milieux m-AB169 (1640) et AB169 (1640) sont capables de faciliter le développement sexuel de S. japonicum femelle vierge appariée, ainsi que de soutenir les organes reproducteurs matures et la production d'œufs de S. japonicum adulte pendant au moins 22 jours in vitro. M-AB169 (1640) a fourni une condition plus stable pour soutenir la maturité sexuelle de S. japonicum femelle, comme en témoigne l'initiation constante de la production d'œufs par rapport à AB169 (1640). Grâce à une analyse comparative de S. japonicum et S. mansoni dans divers milieux, nous avons démontré que ces espèces étroitement apparentées présentent des demandes distinctes pour leur développement sexuel et leur production d'œufs, suggérant une influence potentielle des facteurs nutritionnels sur les variations observées dans les gammes d'hôtes entre les différentes espèces de schistosomes. Fait important, nous avons identifié avec succès la présence de la phéromone β-alanyl-tryptamine (BATT) chez S. japonicum, précédemment identifiée chez S. mansoni, soulignant son rôle conservé dans le développement reproducteur des schistosomes. Grâce à l'utilisation d'un traitement par ARN double brin (ARNdb) pour faire taire deux gènes impliqués dans le développement reproductif de S. mansoni induit par le mâle (gli1, homologue oncogène 1 associé au gliome) ou par la femelle (vf1, facteur vitellogène 1), nous avons confirmé que la combinaison de la technologie m-AB169 (1640) et de l'ARNi a la capacité de faciliter les études in vitro des processus de reproduction et d'oviposition de S. japonicum. Nous avons développé un nouveau milieu, m-AB169 (1640), qui non seulement maintient les organes reproducteurs matures et l'oviposition continue de Schistosoma japonicum femelle adulte jusqu'à 22 jours, mais soutient également le développement reproductif et la ponte ultérieure de femelles vierges après appariement avec des vers mâles. Cette étude fournit une plate-forme in vitro précieuse pour les études fonctionnelles des mécanismes sous-jacents à la biologie fascinante du développement sexuel féminin et de la production d'œufs de S. japonicum, ce qui pourrait accélérer le développement de nouvelles stratégies ciblant la production d'œufs de schistosome.

Translated Description (Spanish)

La esquistosomiasis es una enfermedad causada principalmente por huevos puestos por patógenos llamados esquistosomas. Entre las especies de esquistosomas que infectan a los humanos, Schistosoma japonicum posee la mayor fecundidad; cada hembra adulta produce un promedio de 3500 huevos por día. La falta de condiciones de cultivo adecuadas que respalden la oviposición continua in vitro ha impedido una investigación detallada de los mecanismos que regulan la maduración sexual y la producción de óvulos en Schistosoma japonicum. Optimizamos las condiciones de cultivo in vitro al reemplazar los reactivos que forman parte del medio ABC169 clásico. Se aplicó tinción Fast Blue BB y etiquetado de 4',6-diamidino-2-fenilindol (DAPI) para observar el estado de desarrollo sexual de las hembras. Se utilizó la tecnología de interferencia de ARN in vitro (ARNi) para validar la capacidad del medio modificado. La detección de β-alanil-triptamina (BATT) masculina se realizó mediante cromatografía líquida-espectrometría de masas (LC-MS). Tanto el medio m-AB169 (1640) como el AB169 (1640) son capaces de facilitar el desarrollo sexual de S. japonicum hembra virgen emparejada, así como de mantener los órganos reproductores maduros y la producción de huevos de S. japonicum adulta durante al menos 22 días in vitro. M-AB169 (1640) proporcionó una condición más estable para apoyar la madurez sexual de S. japonicum hembra, como lo demuestra el inicio constante de la producción de huevos en comparación con AB169 (1640). A través de un análisis comparativo de S. japonicum y S. mansoni en diversos medios, demostramos que estas especies estrechamente relacionadas muestran distintas demandas para su desarrollo sexual y producción de huevos, lo que sugiere una posible influencia de los factores nutricionales en las variaciones observadas en los rangos de hospederos entre diferentes especies de esquistosomas. Es importante destacar que identificamos con éxito la presencia de la feromona β-alanil-triptamina (BATT) en S. japonicum, previamente identificada en S. mansoni, destacando su papel conservado en el desarrollo reproductivo de los esquistosomas. Mediante el empleo del tratamiento con ARN bicatenario (ARNbc) para silenciar dos genes que están involucrados en el lado masculino (gli1, homólogo del oncogén asociado al glioma 1) o femenino (vf1, factor vitelogénico 1) en el desarrollo reproductivo femenino inducido por el hombre de S. mansoni, confirmamos que la combinación de m-AB169 (1640) y la tecnología de ARNi tiene la capacidad de facilitar los estudios in vitro de los procesos reproductivos y de oviposición de S. japonicum. Desarrollamos un medio novedoso, m-AB169 (1640), que no solo mantiene los órganos reproductivos maduros y la oviposición continua de Schistosoma japonicum hembra adulta hasta 22 días, sino que también apoya el desarrollo reproductivo y la posterior puesta de huevos de hembras vírgenes después del emparejamiento con gusanos machos. Este estudio proporciona una valiosa plataforma in vitro para estudios funcionales de los mecanismos subyacentes a la fascinante biología del desarrollo sexual femenino y la producción de huevos de S. japonicum, lo que puede acelerar el desarrollo de nuevas estrategias dirigidas a la producción de huevos de esquistosoma.

Files

s13071-024-06191-y.pdf

Files (4.9 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:20378664cc5553130894e4fa4bd06242
4.9 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
وسيلة محسنة للدراسات المختبرية لتكاثر الإناث ووضع البويضات في البلهارسيا اليابانية
Translated title (French)
Un milieu amélioré pour les études in vitro de la reproduction et de la ponte des femelles chez Schistosoma japonicum
Translated title (Spanish)
Un medio mejorado para estudios in vitro de reproducción femenina y oviposición en Schistosoma japonicum

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4392560749
DOI
10.1186/s13071-024-06191-y

Is supplement to
https://openalex.org/W4290779397 (Other)
https://openalex.org/W3157029354 (Other)
https://openalex.org/W2751378903 (Other)
https://openalex.org/W2372394511 (Other)
https://openalex.org/W2365049933 (Other)
https://openalex.org/W2348590481 (Other)
https://openalex.org/W2323267784 (Other)
https://openalex.org/W2115195827 (Other)
https://openalex.org/W2067381666 (Other)
https://openalex.org/W1979894345 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1585904443
  • https://openalex.org/W1937689593
  • https://openalex.org/W1978378727
  • https://openalex.org/W1982995460
  • https://openalex.org/W1983690315
  • https://openalex.org/W1983879291
  • https://openalex.org/W1993867737
  • https://openalex.org/W2014103163
  • https://openalex.org/W2029903395
  • https://openalex.org/W2038080393
  • https://openalex.org/W2045698235
  • https://openalex.org/W2062997740
  • https://openalex.org/W2063756876
  • https://openalex.org/W2080797961
  • https://openalex.org/W2084348467
  • https://openalex.org/W2122326031
  • https://openalex.org/W2124470043
  • https://openalex.org/W2132753699
  • https://openalex.org/W2150934040
  • https://openalex.org/W2153871510
  • https://openalex.org/W2175144456
  • https://openalex.org/W2317246226
  • https://openalex.org/W2324117486
  • https://openalex.org/W2341436783
  • https://openalex.org/W2398134024
  • https://openalex.org/W2411873207
  • https://openalex.org/W2467146936
  • https://openalex.org/W2490535474
  • https://openalex.org/W2515388463
  • https://openalex.org/W256610153
  • https://openalex.org/W2778171246
  • https://openalex.org/W2789535990
  • https://openalex.org/W2808919543
  • https://openalex.org/W2944339573
  • https://openalex.org/W2965949756
  • https://openalex.org/W3005562312
  • https://openalex.org/W3087862169
  • https://openalex.org/W3107586540
  • https://openalex.org/W3137468724
  • https://openalex.org/W3198823136
  • https://openalex.org/W3201890507
  • https://openalex.org/W4200098948
  • https://openalex.org/W4206290480
  • https://openalex.org/W4214768320
  • https://openalex.org/W4225256695
  • https://openalex.org/W4232299326
  • https://openalex.org/W4280510123
  • https://openalex.org/W4304757231
  • https://openalex.org/W4317523031
  • https://openalex.org/W4372335586
  • https://openalex.org/W4378471353
  • https://openalex.org/W4380987665