Gastrointestinal strongyles of ruminants : mechanisms of anthelmintic resistance and consequences on their management

The management of gastrointestinal strongyle infestations in ruminants relies mostly on anthelmintics. Only three chemical families are available, and gastrointestinal strongyles resistance is increasing. The resistance mechanisms are relatively well known for benzimidazoles (involving one gene with two alleles), whereas the genetic determinism of the resistance to macrocyclic lactones or imidazothiazoles (levamisole) is still poorly understood, but probably involves multigenic regulation. A double approach (candidate genes and transcriptomic) is proposed for levamisole resistance and the first results are presented. It is very important to understand resistance mechanisms to reduce their occurrences. Examples with benzimidazoles are presented to describe interactions between the type of genetic mechanism and the speed with which resistance appears and expands, the efficacy of selective pressure by treatments, and the role of refugia.La gestion des infestations du tube digestif par les strongles chez les ruminants est essentiellement assurée par les traitements anthelminthiques. Seules trois familles chimiques sont disponibles et des phénomènes de résistance à ces produits sont apparus chez les strongles gastro-intestinaux. Les mécanismes de résistance concernant la famille des benzimidazoles sont relativement bien établis (un gène avec deux allèles est impliqué), alors que pour la famille des lactones macrocycliques ou celle des imidazothiazoles (lévamisole), les déterminismes génétiques, encore peu connus, sont sans doute multigéniques. Une double approche (« gènes candidats » et transcriptomique) est proposée pour le lévamisole et les premiers résultats sont présentés. La compréhension des mécanismes d'action est très importante pour tenter de réduire l'apparition de résistance. Des exemples concernant les benzimidazoles sont utilisés pour décrire l'interaction entre le type de mécanisme de résistance et la vitesse d'apparition et de diffusion de la résistance, l'efficacité des pressions sélectives par les traitements et le rôle des refuges

Molecular mechanisms involved in levamisole resistance in gastrointestinal strongyles

Actuellement, la lutte contre les strongles digestifs est essentiellement basée sur l’utilisation de traitements anthelminthiques. Cependant, leur utilisation massive a conduit à l’apparition d’isolats résistants. L’optimisation des stratégies de lutte nécessite une meilleure connaissance des mécanismes moléculaires impliqués dans l’acquisition de la résistance. Dans ce contexte, nous avons cherché à identifier le récepteur au lévamisole, une des molécules anthelminthiques les plus utilisée en élevage. Nous avons mis en évidence l’existence d’une forme tronquée d’une des sous-unités du récepteur au lévamisole chez certains isolats résistants des 3 principales espèces de strongles digestifs : Haemonchus contortus, Teladorsagia circumcincta et Trichostrongylus colubriformis. Le rôle de cette forme tronquée dans la fonctionnalité du récepteur a été testé en reconstituant le récepteur au lévamisole d’H. contortus en œufs de xénope. Ainsi, nous avons montré que la forme tronquée perturbe le fonctionnement normal du récepteur. Ce résultat constitue la première validation fonctionnelle d’un mécanisme moléculaire de résistance au lévamisole chez un nématode parasite.The control of gastrointestinal strongyles is largely based on the use of anthelmintic treatments. However, the widespread use of these treatments has led to the emergence of resistant isolates. The optimization of control strategies requires a better understanding of the molecular mechanisms involved in the acquisition of resistance. In the present study, we have identified the receptor of levamisole, an anthelmintic molecule widely used in livestock. We demonstrated the existence of a truncated form of subunits in some resistant isolates in the 3 main species of gastrointestinal nematodes: Haemonchus contortus, Teladorsagia circumcincta and Trichostrongylus colubriformis. The role of this truncated form in the receptor functionality was tested by reconstituting the receptor of levamisole of H. contortus in Xenopus oocytes. Thus, we showed that the truncated form disrupts the normal function of the receptor. Here we provide the first functional evidence for a molecular mechanism involved in levamisole resistance in a parasitic nematode

Mécanismes moléculaires impliqués dans la résistance au lévamisole chez les strongles digestifs

Actuellement, la lutte contre les strongles digestifs est essentiellement basée sur l utilisation de traitements anthelminthiques. Cependant, leur utilisation massive a conduit à l apparition d isolats résistants. L optimisation des stratégies de lutte nécessite une meilleure connaissance des mécanismes moléculaires impliqués dans l acquisition de la résistance. Dans ce contexte, nous avons cherché à identifier le récepteur au lévamisole, une des molécules anthelminthiques les plus utilisée en élevage. Nous avons mis en évidence l existence d une forme tronquée d une des sous-unités du récepteur au lévamisole chez certains isolats résistants des 3 principales espèces de strongles digestifs : Haemonchus contortus, Teladorsagia circumcincta et Trichostrongylus colubriformis. Le rôle de cette forme tronquée dans la fonctionnalité du récepteur a été testé en reconstituant le récepteur au lévamisole d H. contortus en œufs de xénope. Ainsi, nous avons montré que la forme tronquée perturbe le fonctionnement normal du récepteur. Ce résultat constitue la première validation fonctionnelle d un mécanisme moléculaire de résistance au lévamisole chez un nématode parasite.The control of gastrointestinal strongyles is largely based on the use of anthelmintic treatments. However, the widespread use of these treatments has led to the emergence of resistant isolates. The optimization of control strategies requires a better understanding of the molecular mechanisms involved in the acquisition of resistance. In the present study, we have identified the receptor of levamisole, an anthelmintic molecule widely used in livestock. We demonstrated the existence of a truncated form of subunits in some resistant isolates in the 3 main species of gastrointestinal nematodes: Haemonchus contortus, Teladorsagia circumcincta and Trichostrongylus colubriformis. The role of this truncated form in the receptor functionality was tested by reconstituting the receptor of levamisole of H. contortus in Xenopus oocytes. Thus, we showed that the truncated form disrupts the normal function of the receptor. Here we provide the first functional evidence for a molecular mechanism involved in levamisole resistance in a parasitic nematode.TOURS-Bibl.électronique (372610011) / SudocSudocFranceF

Identification of levamisole resistance markers in the parasitic nematode Haemonchus contortus using a cDNA-AFLP approach

International audienc

Functional reconstitution of Haemonchus contortus acetylcholine receptors in Xenopus oocytes provides mechanistic insights into levamisole resistance

International audienceBACKGROUND AND PURPOSE: The cholinergic agonist levamisole is widely used to treat parasitic nematode infestations. This anthelmintic drug paralyses worms by activating a class of levamisole-sensitive acetylcholine receptors (L-AChRs) expressed in nematode muscle cells. However, levamisole efficacy has been compromised by the emergence of drug-resistant parasites, especially in gastrointestinal nematodes such as Haemonchus contortus. We report here the first functional reconstitution and pharmacological characterization of H. contortus L-AChRs in a heterologous expression system. EXPERIMENTAL APPROACH: In the free-living nematode Caenorhabditis elegans, five AChR subunit and three ancillary protein genes are necessary in vivo and in vitro to synthesize L-AChRs. We have cloned the H. contortus orthologues of these genes and expressed them in Xenopus oocytes. We reconstituted two types of H. contortus L-AChRs with distinct pharmacologies by combining different receptor subunits. KEY RESULTS: The Hco-ACR-8 subunit plays a pivotal role in selective sensitivity to levamisole. As observed with C. elegans L-AChRs, expression of H. contortus receptors requires the ancillary proteins Hco-RIC-3, Hco-UNC-50 and Hco-UNC-74. Using this experimental system, we demonstrated that a truncated Hco-UNC-63 L-AChR subunit, which was specifically detected in a levamisole-resistant H. contortus isolate, but not in levamisole-sensitive strains, hampers the normal function of L-AChRs, when co-expressed with its full-length counterpart. CONCLUSIONS AND IMPLICATIONS: We provide the first functional evidence for a putative molecular mechanism involved in levamisole resistance in any parasitic nematode. This expression system will provide a means to analyse molecular polymorphisms associated with drug resistance at the electrophysiological level