On the importance of targeting parasite stem cells in anti-echinococcosis drug development

Parasite. 2014;21:72. doi: 10.1051/parasite/2014070. Epub 2014 Dec 22.

Abstract

The life-threatening diseases alveolar and cystic echinococcoses are caused by larvae of the tapeworms Echinococcus multilocularis and E. granulosus, respectively. In both cases, intermediate hosts, such as humans, are infected by oral uptake of oncosphere larvae, followed by asexual multiplication and almost unrestricted growth of the metacestode within host organs. Besides surgery, echinococcosis treatment relies on benzimidazole-based chemotherapy, directed against parasite beta-tubulin. However, since beta-tubulins are highly similar between cestodes and humans, benzimidazoles can only be applied at parasitostatic doses and are associated with adverse side effects. Mostly aiming at identifying alternative drug targets, the nuclear genome sequences of E. multilocularis and E. granulosus have recently been characterized, revealing a large number of druggable targets that are expressed by the metacestode. Furthermore, recent cell biological investigations have demonstrated that E. multilocularis employs pluripotent stem cells, called germinative cells, which are the only parasite cells capable of proliferation and which give rise to all differentiated cells. Hence, the germinative cells are the crucial cell type mediating proliferation of E. multilocularis, and most likely also E. granulosus, within host organs and should also be responsible for parasite recurrence upon discontinuation of chemotherapy. Interestingly, recent investigations have also indicated that germinative cells might be less sensitive to chemotherapy because they express a beta-tubulin isoform with limited affinity to benzimidazoles. In this article, we briefly review the recent findings concerning Echinococcus genomics and stem cell research and propose that future research into anti-echinococcosis drugs should also focus on the parasite's stem cell population.

Les échinococcoses alvéolaire et kystique, deux maladies potentiellement mortelles, sont respectivement causées par les larves des vers plats Echinococcus multilocularis et E. granulosus. Dans les deux cas, les hôtes intermédiaires, comme l’homme, s’infectent par l’ingestion des oncosphères, suivie de la multiplication asexuée et la croissance presque illimitée du métacestode dans les organes de l’hôte. À côté de la chirurgie, le traitement des échinococcoses repose sur une chimiothérapie par les benzimidazoles, dont l’action est dirigée contre la bêta-tubuline du parasite. Cependant, comme les bêta-tubulines sont extrêmement similaires chez les cestodes et les humains, les benzimidazoles ne peuvent être utilisés qu’à des posologies parasitostatiques et sont associés à des effets secondaires indésirables. Avec l’objectif principal d’identifier des cibles pour des médicaments alternatifs, le génome nucléaire d’E. multilocularis et d’E. granulosus a été récemment séquencé, et de nombreuses cibles potentielles pour des médicaments sont exprimées par le métacestode. De plus, des études récentes de biologie cellulaire ont montré qu’E. multilocularis dispose de cellules souches multipotentes, appelées cellules germinales, qui sont les seules cellules parasitaires capables de prolifération et à l’origine de toutes les cellules différenciées. Ces cellules germinales représentent donc un type cellulaire crucial pour la prolifération d’E. multilocularis, et très vraisemblablement aussi d’E. granulosus, dans les organes de l’hôte, et vraisemblablement responsables des récurrences parasitaires à l’arrêt de la chimiothérapie. Des études récentes ont aussi indiqué que les cellules germinales pourraient être moins sensibles à la chimiothérapie car elles expriment un isoforme de la bêta-tubuline à affinité limitée vis-à-vis des benzimidazoles. Dans cet article, nous faisons une courte revue des découvertes récentes concernant la génomique d’Echinococcus et la recherche sur les cellules souches. Nous proposons que les recherches futures sur de nouveaux médicaments contre les échinococcoses se focalisent sur la population des cellules souches du parasite.

Publication types

  • Research Support, Non-U.S. Gov't
  • Review

MeSH terms

  • Animals
  • Anthelmintics / pharmacology*
  • Anthelmintics / therapeutic use
  • Benzimidazoles / pharmacology
  • Cell Division / drug effects
  • Drug Design*
  • Drug Evaluation, Preclinical
  • Echinococcosis / drug therapy*
  • Echinococcosis / parasitology
  • Echinococcus / cytology
  • Echinococcus / drug effects*
  • Echinococcus / genetics
  • Echinococcus / growth & development
  • Echinococcus multilocularis / cytology
  • Echinococcus multilocularis / drug effects
  • Genomics
  • Helminth Proteins / antagonists & inhibitors
  • Hydroxyurea / pharmacology
  • Hydroxyurea / therapeutic use
  • Larva
  • Molecular Targeted Therapy*
  • Parasitology / methods
  • Pluripotent Stem Cells / drug effects*
  • Pteridines / pharmacology
  • Pteridines / therapeutic use
  • Transcriptome
  • Tubulin / drug effects

Substances

  • Anthelmintics
  • BI 2536
  • Benzimidazoles
  • Helminth Proteins
  • Pteridines
  • Tubulin
  • Hydroxyurea