Chronic infection with O. viverrini has been linked to the development of cholangiocarcinoma (CCA), which is a major public health burden in the Lower Mekong River Basin countries, including Thailand, Lao PDR, Vietnam and Cambodia. Despite its importance, the exact mechanisms by which O. viverrini promotes CCA are largely unknown. In this study, we characterized different extracellular vesicle populations released by O. viverrini (OvEVs) using proteomic and transcriptomic analyses and investigated their potential role in host-parasite interactions. While 120k OvEVs promoted cell proliferation in H69 cells at different concentrations, 15k OvEVs did not produce any effect compared to controls. The proteomic analysis of both populations showed differences in their composition that could contribute to this differential effect. Furthermore, the miRNAs present in 120k EVs were analysed and their potential interactions with human host genes was explored by computational target prediction. Different pathways involved in inflammation, immune response and apoptosis were identified as potentially targeted by the miRNAs present in this population of EVs. This is the first study showing specific roles for different EV populations in the pathogenesis of a parasitic helminth, and more importantly, an important advance towards deciphering the mechanisms used in establishment of opisthorchiasis and liver fluke infection-associated malignancy.

The liver fluke Opsithorchis viverrini secretes extracellular vesicles (EVs) bearing CD63-like tetraspanins on their surface. Fluke EVs are actively internalized by host cholangiocytes in the bile ducts, where they drive pathology and promote neoplasia through induction of cellular proliferation and secretion of inflammatory cytokines. We investigated the effects of tetraspanins of the CD63 superfamily by co-culturing recombinant forms of the large extracellular loop (LEL) of O. viverrini tetraspanin-2 (rLEL- Ov -TSP-2) and tetraspanin-3 (rLEL- Ov -TSP-3) with non-cancerous human bile duct (H69) and cholangiocarcinoma (CCA, M213) cell lines. The results showed that cell lines co-cultured with excretory/secretory products from adult O. viverrini ( Ov- ES) underwent significantly increased cell proliferation at 48 hours but not 24 hours compared to untreated control cells ( P <0.05), whereas rLEL- Ov -TSP-3 co-culture resulted in significantly increased cell proliferation at both 24 hr ( P <0.05) and 48 hr ( P <0.01) time points. In like fashion, H69 cholangiocytes co-cultured with both Ov -ES and rLEL- Ov -TSP-3 underwent significantly elevated Il-6 and Il-8 gene expression for at least one of the time points assessed. Finally, both rLEL- Ov -TSP-and rLEL- Ov -TSP-3 significantly enhanced migration of both M213 and H69 cell lines. These findings indicated that O. viverrini CD63 family tetraspanins can promote a cancerous microenvironment by enhancing innate immune responses and migration of biliary epithelial cells.

Abstract Infection with the food-borne liver fluke Opisthorchis viverrini is the principal risk factor for cholangiocarcinoma (CCA) in the Mekong Basin countries of Thailand, Lao PDR, Vietnam, Myanmar and Cambodia. Using a novel model of CCA, involving infection with gene-edited liver flukes in the hamster during concurrent exposure to dietary nitrosamine, we explored the role of the fluke granulin-like growth factor Ov -GRN-1 in malignancy. We derived RNA-guided gene knockout flukes ( ΔOv-grn-1) using CRISPR/Cas9/gRNA materials delivered by electroporation. Genome sequencing confirmed programmed Cas9-catalyzed mutations of the targeted genes, which was accompanied by rapid depletion of transcripts and the proteins they encode. Gene-edited parasites colonized the biliary tract of hamsters and developed into adult flukes, however less hepatobiliary tract disease manifested during chronic infection with ΔOv-grn-1 worms in comparison to hamsters infected with control gene-edited and non-edited parasites. Specifically, immuno- and colorimetric-histochemical analysis of livers revealed markedly less periductal fibrosis surrounding the flukes and less fibrosis globally within the hepatobiliary tract during infection with ΔOv-grn-1 genotype worms, minimal biliary epithelial cell proliferation, and significantly fewer mutations of TP53 in biliary epithelial cells. Moreover, fewer hamsters developed high-grade CCA compared to controls. The clinically relevant, pathophysiological phenotype of the hepatobiliary tract confirmed a role for this secreted growth factor in malignancy and morbidity during opisthorchiasis. Author summary Infection with the human liver flukes, Opisthorchis viverrini , O. felineus and Clonorchis sinensis remains a public health concern in regions where these parasites are endemic. O. viverrini is endemic in the Mekong River drainage countries of including Thailand and the Lao People’s Democratic Republic. Infection follows the consumption of undercooked freshwater fish harboring the parasite. Liver fluke infection, opisthorchiasis, is associated with diseases of the liver and bile ducts including cancer of the biliary tract, cholangiocarcinoma, a cancer with a poor prognosis. This report characterizes for the first time experimental infection with gene-edited O. viverrini liver flukes during concurrent exposure to nitrosamine in a rodent model of liver fluke infection-associated cancer. Cancer development was slowed in hamsters infected with the parasite following CRISPR-based knock-out mutation and loss of a parasite gene known to stimulate growth of cells lining the bile ducts. These findings describe a new model for investigation of risk factors for infection-associated cholangiocarcinoma and to assess efficacy of anti-infection/anti-cancer vaccines.

Infections with several flatworm parasites represent group 1 biological carcinogens, i.e. definite causes of cancer. Infection with the food-borne liver fluke Opisthorchis viverrini causes cholangiocarcinoma (CCA). Whereas the causative agent for most cancers, including CCA in the West, remains obscure, the principal risk factor for CCA in Thailand is opisthorchiasis. We exploited this established link to explore the role of the secreted parasite growth factor termed liver fluke granulin (Ov-GRN-1) in pre-malignant lesions of the biliary tract. We targeted the Ov-grn-1 gene for programmed knockout and investigated gene-edited parasites in vitro and in experimentally infected hamsters. Both adult and juvenile stages of the liver fluke were transfected with a plasmid encoding a guide RNA sequence specific for exon 1 of Ov-grn-1 and the Cas9 nuclease. Deep sequencing of amplicon libraries from genomic DNA from gene-edited parasites exhibited programmed, Cas9-catalyzed mutations within the Ov-grn-1 locus, and tandem analyses by RT-PCR and western blot revealed rapid depletion of Ov-grn-1 transcripts and protein. Newly excysted juvenile flukes that had undergone editing of Ov-grn-1 colonized the biliary tract, grew and developed over a period of 60 days, were active and motile, and induced a clinically relevant pathophysiological tissue phenotype of attenuated biliary hyperplasia and fibrosis in comparison to infection with wild type flukes. This is the first report of gene knock-out using CRISPR/Cas9 in a parasitic flatworm, demonstrating the activity and utility of the process for functional genomics in these pathogens. The striking clinical phenotype highlights the role in virulence that liver fluke growth factors play in biliary tract morbidity during chronic opisthorchiasis.