Published November 21, 2023 | Version v1
Publication Open

Improving genome-wide mapping of nucleosomes in Trypanosome cruzi.

  • 1. Experimental Medicine and Biology Institute
  • 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 3. Fundación Ciencias Exactas y Naturales
  • 4. University of Buenos Aires
  • 5. Universidad de la República
  • 6. Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable

Description

In Trypanosoma cruzi DNA is packaged into chromatin by octamers of histone proteins that form nucleosomes. Transcription of protein coding genes in trypanosomes is constitutive producing polycistronic units and gene expression is primarily regulated post-transcriptionally. However, chromatin organization influences DNA dependent processes. Hence, determining nucleosome position is of uppermost importance to understand the peculiarities found in trypanosomes. To map nucleosomes genome-wide in several organisms, digestion of chromatin with micrococcal nuclease followed by deep sequencing has been applied. Nonetheless, the special requirements for cell manipulation and the uniqueness of the chromatin organization in trypanosomes entails a customized analytical approach. In this work, we adjusted this broadly used method to the hybrid reference strain, CL Brener. Particularly, we implemented an exhaustive and thorough computational workflow to overcome the difficulties imposed by this complex genome. We tested the performance of two aligners, Bowtie2 and HISAT2, and discuss their advantages and caveats. Specifically, we highlight the relevance of using the whole genome as a reference instead of the commonly used Esmeraldo-like haplotype to avoid spurious alignments. Additionally, we show that using the whole genome refines the average nucleosome representation, but also the quality of mapping for every region represented. Moreover, we show that the average nucleosome organization around trans-splicing acceptor site described before, is not just an average since the same chromatin pattern is detected for most of the represented regions. In addition, we extended the study to a non-hybrid strain applying the experimental and analytical approach to Sylvio-X10 strain. Furthermore, we provide a source code for the construction of 2D plots and heatmaps which are easy to adapt to any T . cruzi strain.

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

Translated Description (Arabic)

في المثقبية الكروزية يتم تعبئة الحمض النووي في الكروماتين بواسطة أوكتامرات من بروتينات الهيستون التي تشكل الجسيمات النووية. إن نسخ جينات ترميز البروتين في الجسيمات المثقبية هو وحدات متعددة السيسترونات منتجة تكوينية ويتم تنظيم التعبير الجيني في المقام الأول بعد النسخ. ومع ذلك، يؤثر تنظيم الكروماتين على العمليات المعتمدة على الحمض النووي. وبالتالي، فإن تحديد موضع الجسيم النووي له أهمية قصوى لفهم الخصائص الموجودة في الجسيمات المثقبية. لتعيين الجينوم النووي على نطاق واسع في العديد من الكائنات الحية، تم تطبيق هضم الكروماتين مع نوكليز المكورات الدقيقة متبوعًا بتسلسل عميق. ومع ذلك، فإن المتطلبات الخاصة للتلاعب بالخلايا وتفرد تنظيم الكروماتين في المثقبيات تستلزم نهجًا تحليليًا مخصصًا. في هذا العمل، قمنا بتعديل هذه الطريقة المستخدمة على نطاق واسع إلى سلالة مرجعية هجينة، CL Brener. على وجه الخصوص، قمنا بتنفيذ سير عمل حسابي شامل وشامل للتغلب على الصعوبات التي يفرضها هذا الجينوم المعقد. اختبرنا أداء مقومين، Bowtie2 و HISAT2، وناقشنا مزاياهما وتحذيراتهما. على وجه التحديد، نسلط الضوء على أهمية استخدام الجينوم بأكمله كمرجع بدلاً من النمط الفرداني الشائع الاستخدام مثل أزمرالدو لتجنب المحاذاة الزائفة. بالإضافة إلى ذلك، نظهر أن استخدام الجينوم بأكمله ينقح متوسط تمثيل الجسيم النووي، ولكن أيضًا جودة رسم الخرائط لكل منطقة ممثلة. علاوة على ذلك، نظهر أن متوسط تنظيم الجسيم النووي حول موقع المستقبل عبر الربط الموصوف من قبل، ليس مجرد متوسط حيث يتم اكتشاف نفس نمط الكروماتين لمعظم المناطق الممثلة. بالإضافة إلى ذلك، وسعنا نطاق الدراسة لتشمل سلالة غير هجينة تطبق النهج التجريبي والتحليلي على سلالة Sylvio - X10. علاوة على ذلك، نحن نقدم شفرة مصدر لبناء قطع أرض ثنائية الأبعاد وخرائط حرارية يسهل تكييفها مع أي سلالة T . cruzi.

Translated Description (French)

Chez Trypanosoma cruzi, l'ADN est conditionné dans la chromatine par des octamères de protéines histones qui forment des nucléosomes. La transcription des gènes codant pour les protéines dans les trypanosomes est constitutive et produit des unités polycistroniques et l'expression des gènes est principalement régulée post-transcriptionnellement. Cependant, l'organisation de la chromatine influence les processus dépendants de l'ADN. Par conséquent, la détermination de la position des nucléosomes est d'une importance capitale pour comprendre les particularités trouvées dans les trypanosomes. Pour cartographier les nucléosomes à l'échelle du génome dans plusieurs organismes, la digestion de la chromatine par la nucléase micrococcale suivie d'un séquençage profond a été appliquée. Néanmoins, les exigences particulières pour la manipulation cellulaire et le caractère unique de l'organisation de la chromatine dans les trypanosomes impliquent une approche analytique personnalisée. Dans ce travail, nous avons ajusté cette méthode largement utilisée à la souche de référence hybride, CL Brener. En particulier, nous avons mis en œuvre un workflow de calcul exhaustif et approfondi pour surmonter les difficultés imposées par ce génome complexe. Nous avons testé les performances de deux aligneurs, Bowtie2 et HISAT2, et discuté de leurs avantages et de leurs mises en garde. Plus précisément, nous soulignons la pertinence d'utiliser le génome entier comme référence au lieu de l'haplotype de type Esmeraldo couramment utilisé pour éviter les alignements parasites. De plus, nous montrons que l'utilisation de l'ensemble du génome affine la représentation moyenne des nucléosomes, mais aussi la qualité de la cartographie pour chaque région représentée. De plus, nous montrons que l'organisation moyenne des nucléosomes autour du site accepteur de trans-épissage décrit précédemment, n'est pas seulement une moyenne puisque le même motif de chromatine est détecté pour la plupart des régions représentées. De plus, nous avons étendu l'étude à une souche non hybride en appliquant l'approche expérimentale et analytique à la souche Sylvio-X10. De plus, nous fournissons un code source pour la construction de tracés 2D et de cartes thermiques qui sont faciles à adapter à n'importe quelle souche de T. cruzi.

Translated Description (Spanish)

En Trypanosoma cruzi, el ADN se empaqueta en la cromatina mediante octámeros de proteínas histonas que forman nucleosomas. La transcripción de genes codificantes de proteínas en tripanosomas es constitutiva produciendo unidades policistrónicas y la expresión génica se regula principalmente de forma postranscripcional. Sin embargo, la organización de la cromatina influye en los procesos dependientes del ADN. Por lo tanto, determinar la posición del nucleosoma es de suma importancia para comprender las peculiaridades que se encuentran en los tripanosomas. Para mapear los nucleosomas en todo el genoma en varios organismos, se ha aplicado la digestión de la cromatina con nucleasa microcócica seguida de una secuenciación profunda. Sin embargo, los requisitos especiales para la manipulación celular y la singularidad de la organización de la cromatina en los tripanosomas implican un enfoque analítico personalizado. En este trabajo, ajustamos este método ampliamente utilizado a la cepa de referencia híbrida, CL Brener. En particular, implementamos un flujo de trabajo computacional exhaustivo y exhaustivo para superar las dificultades impuestas por este complejo genoma. Probamos el rendimiento de dos aligners, Bowtie2 y HISAT2, y discutimos sus ventajas y advertencias. Específicamente, destacamos la relevancia de usar el genoma completo como referencia en lugar del haplotipo tipo Esmeraldo de uso común para evitar alineamientos espurios. Además, mostramos que el uso de todo el genoma refina la representación media de los nucleosomas, pero también la calidad del mapeo para cada región representada. Además, mostramos que la organización media de los nucleosomas alrededor del sitio aceptor de corte y empalme en trans descrito anteriormente no es solo una media, ya que se detecta el mismo patrón de cromatina para la mayoría de las regiones representadas. Además, ampliamos el estudio a una cepa no híbrida aplicando el enfoque experimental y analítico a la cepa Sylvio-X10. Además, proporcionamos un código fuente para la construcción de parcelas 2D y mapas de calor que son fáciles de adaptar a cualquier cepa de T. cruzi.

Files

journal.pone.0293809&type=printable.pdf

Files (2.1 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
md5:90df1092777713be2814132ec35cf3e5
2.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحسين رسم الخرائط على نطاق الجينوم للجسيمات النووية في المثقبيات الصليبية.
Translated title (French)
Improving genome-wide mapping of nucleosomes in Trypanosome cruzi.
Translated title (Spanish)
Mejora del mapeo de nucleosomas en todo el genoma en Trypanosome cruzi.

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4388857718
DOI
10.1371/journal.pone.0293809

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1968996358
  • https://openalex.org/W1973528487
  • https://openalex.org/W1983455580
  • https://openalex.org/W2004509816
  • https://openalex.org/W2074223024
  • https://openalex.org/W2078343535
  • https://openalex.org/W2097227527
  • https://openalex.org/W2102278945
  • https://openalex.org/W2106448802
  • https://openalex.org/W2114803986
  • https://openalex.org/W2115219137
  • https://openalex.org/W2136144150
  • https://openalex.org/W2137647744
  • https://openalex.org/W2144792857
  • https://openalex.org/W2145067434
  • https://openalex.org/W2155159495
  • https://openalex.org/W2163682636
  • https://openalex.org/W2170551349
  • https://openalex.org/W2264592275
  • https://openalex.org/W2269478656
  • https://openalex.org/W2400942767
  • https://openalex.org/W2502173429
  • https://openalex.org/W2504908762
  • https://openalex.org/W2556533107
  • https://openalex.org/W2584582839
  • https://openalex.org/W2602712004
  • https://openalex.org/W2734628066
  • https://openalex.org/W2795625769
  • https://openalex.org/W2894171124
  • https://openalex.org/W2905306575
  • https://openalex.org/W2913900593
  • https://openalex.org/W2920937448
  • https://openalex.org/W2953367055
  • https://openalex.org/W2972571020
  • https://openalex.org/W3001444534
  • https://openalex.org/W3047779165
  • https://openalex.org/W3121742446