Published May 27, 2023
| Version v1
Publication
Open
Generation of a mutator parasite to drive resistome discovery in Plasmodium falciparum
Creators
-
Krittikorn Kümpornsin1
-
Theerarat Kochakarn2
-
Tomas Yeo3
-
John Okombo3
-
Madeline R. Luth4
-
Johanna Hoshizaki1
-
Mukul Rawat1
-
Richard D. Pearson1
-
Kyra A. Schindler3
-
Sachel Mok3
-
Heekuk Park3
-
Anne‐Catrin Uhlemann3
-
Gouranga P. Jana5
- Bikash C. Maity5
-
Benoı̂t Laleu6
- Elodie Chenu6
-
James Duffy6
-
Sonia Moliner Cubel7
- Virginia Franco7
-
Marı́a G. Gómez-Lorenzo7
-
Francisco‐Javier Gamo7
-
Elizabeth A. Winzeler4
-
David A. Fidock3
-
Thanat Chookajorn8, 9
-
Lee M10, 11
- 1. Wellcome Sanger Institute
- 2. Umeå University
- 3. Columbia University Irving Medical Center
- 4. University of California, San Diego
- 5. TCG Lifesciences (India)
- 6. Medicines for Malaria Venture
- 7. GlaxoSmithKline (Spain)
- 8. Mahidol Oxford Tropical Medicine Research Unit
- 9. Mahidol University
- 10. Wellcome Centre for Anti-Infectives Research
- 11. University of Dundee
Description
Abstract In vitro evolution of drug resistance is a powerful approach for identifying antimalarial targets, however, key obstacles to eliciting resistance are the parasite inoculum size and mutation rate. Here we sought to increase parasite genetic diversity to potentiate resistance selections by editing catalytic residues of Plasmodium falciparum DNA polymerase δ. Mutation accumulation assays reveal a ~5–8 fold elevation in the mutation rate, with an increase of 13–28 fold in drug-pressured lines. Upon challenge with the spiroindolone PfATP4-inhibitor KAE609, high-level resistance is obtained more rapidly and at lower inocula than wild-type parasites. Selections also yield mutants with resistance to an "irresistible" compound, MMV665794 that failed to yield resistance with other strains. We validate mutations in a previously uncharacterised gene, PF3D7_1359900, which we term quinoxaline resistance protein (QRP1), as causal for resistance to MMV665794 and a panel of quinoxaline analogues. The increased genetic repertoire available to this " mutator" parasite can be leveraged to drive P. falciparum resistome discovery.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يعد التطور المختبري لمقاومة الأدوية نهجًا قويًا لتحديد الأهداف المضادة للملاريا، ومع ذلك، فإن العقبات الرئيسية أمام إثارة المقاومة هي حجم التطعيم الطفيلي ومعدل الطفرة. هنا سعينا إلى زيادة التنوع الوراثي الطفيلي لتحفيز اختيارات المقاومة من خلال تحرير المخلفات الحفازة لبوليميراز الحمض النووي للمتصورة المنجلية δ. تكشف فحوصات تراكم الطفرة عن ارتفاع 5–8 أضعاف تقريبًا في معدل الطفرة، مع زيادة قدرها 13–28 ضعفًا في الخطوط المضغوطة بالعقاقير. عند تحدي مثبط سبيرويندولون PfATP4 KAE609، يتم الحصول على مقاومة عالية المستوى بسرعة أكبر وفي تلقيح أقل من الطفيليات من النوع البري. تنتج الاختيارات أيضًا طفرات مع مقاومة لمركب "لا يقاوم"، MMV665794 الذي فشل في إنتاج مقاومة مع سلالات أخرى. نحن نتحقق من صحة الطفرات في جين غير مصنف سابقًا، PF3D7 _1359900، والذي نسميه بروتين مقاومة الكينوكسالين (QRP1)، كسبب لمقاومة MMV665794 ولوحة من نظائر الكينوكسالين. يمكن الاستفادة من الذخيرة الوراثية المتزايدة المتاحة لهذا الطفيل " المتحور" لدفع اكتشاف P. falciparum resistome.Translated Description (French)
Résumé L'évolution in vitro de la résistance aux médicaments est une approche puissante pour identifier les cibles antipaludiques, cependant, les principaux obstacles à l'élicitation de la résistance sont la taille de l'inoculum parasitaire et le taux de mutation. Ici, nous avons cherché à augmenter la diversité génétique des parasites pour potentialiser les sélections de résistance en éditant les résidus catalytiques de l'ADN polymérase δ de Plasmodium falciparum. Les tests d'accumulation de mutation révèlent une élévation d'environ5 à 8 fois du taux de mutation, avec une augmentation de 13 à 28 fois dans les lignes sous pression médicamenteuse. Lors d'une épreuve avec l'inhibiteur de la spiroindolone PfATP4 KAE609, une résistance de haut niveau est obtenue plus rapidement et à un niveau d'inoculation inférieur à celui des parasites de type sauvage. Les sélections produisent également des mutants résistants à un composé « irrésistible », MMV665794, qui n'ont pas réussi à résister à d'autres souches. Nous validons les mutations dans un gène précédemment non caractérisé, PF3D7_1359900, que nous appelons protéine de résistance à la quinoxaline (QRP1), comme cause de la résistance au MMV665794 et à un panel d'analogues de la quinoxaline. L'augmentation du répertoire génétique disponible pour ce parasite « mutateur » peut être mise à profit pour conduire à la découverte du résistome de P. falciparum.Translated Description (Spanish)
Resumen La evolución in vitro de la resistencia a los medicamentos es un enfoque poderoso para identificar dianas antipalúdicas, sin embargo, los obstáculos clave para provocar resistencia son el tamaño del inóculo del parásito y la tasa de mutación. Aquí buscamos aumentar la diversidad genética del parásito para potenciar las selecciones de resistencia mediante la edición de residuos catalíticos de la ADN polimerasa δ de Plasmodium falciparum. Los ensayos de acumulación de mutaciones revelan una elevación de ~5–8 veces en la tasa de mutación, con un aumento de 13–28 veces en las líneas presurizadas por el fármaco. Tras la exposición al inhibidor de espiroindolona PfATP4 KAE609, se obtiene una resistencia de alto nivel más rápidamente y con inóculos más bajos que los parásitos de tipo salvaje. Las selecciones también producen mutantes con resistencia a un compuesto "irresistible", MMV665794 que no produjo resistencia con otras cepas. Validamos mutaciones en un gen previamente no caracterizado, PF3D7_1359900, al que denominamos proteína de resistencia a la quinoxalina (QRP1), como causal de la resistencia a MMV665794 y un panel de análogos de la quinoxalina. El mayor repertorio genético disponible para este parásito " mutador" se puede aprovechar para impulsar el descubrimiento del resistoma de P. falciparum.Files
s41467-023-38774-1.pdf.pdf
Files
(1.8 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:9de3de1492786150a46a776bada199b7
|
1.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- توليد طفيلي متحور لدفع اكتشاف المقاومة في المتصورة المنجلية
- Translated title (French)
- Génération d'un parasite mutateur pour conduire la découverte du résistome chez Plasmodium falciparum
- Translated title (Spanish)
- Generación de un parásito mutador para impulsar el descubrimiento de resistoma en Plasmodium falciparum
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4378532912
- DOI
- 10.1038/s41467-023-38774-1
References
- https://openalex.org/W1935711444
- https://openalex.org/W1977845940
- https://openalex.org/W1990791911
- https://openalex.org/W1991298183
- https://openalex.org/W2014429457
- https://openalex.org/W2020977321
- https://openalex.org/W2034745024
- https://openalex.org/W2048080607
- https://openalex.org/W2057089852
- https://openalex.org/W2074565289
- https://openalex.org/W2075935548
- https://openalex.org/W2106578986
- https://openalex.org/W2109794895
- https://openalex.org/W2114818342
- https://openalex.org/W2119180969
- https://openalex.org/W2124634096
- https://openalex.org/W2132088083
- https://openalex.org/W2135700462
- https://openalex.org/W2137955461
- https://openalex.org/W2143484788
- https://openalex.org/W2157896031
- https://openalex.org/W2158297569
- https://openalex.org/W2161311583
- https://openalex.org/W2164447702
- https://openalex.org/W2168133698
- https://openalex.org/W2226470768
- https://openalex.org/W2338020438
- https://openalex.org/W2440524256
- https://openalex.org/W2488914148
- https://openalex.org/W2514285416
- https://openalex.org/W2547042202
- https://openalex.org/W2555717490
- https://openalex.org/W2562857250
- https://openalex.org/W2579612338
- https://openalex.org/W2786610173
- https://openalex.org/W2792504582
- https://openalex.org/W2800834635
- https://openalex.org/W2886849711
- https://openalex.org/W2903093521
- https://openalex.org/W2938448257
- https://openalex.org/W2951273658
- https://openalex.org/W2954389411
- https://openalex.org/W2954651671
- https://openalex.org/W2986984498
- https://openalex.org/W2996474437
- https://openalex.org/W2997234557
- https://openalex.org/W3003081294
- https://openalex.org/W3033149043
- https://openalex.org/W3092334247
- https://openalex.org/W3133591454
- https://openalex.org/W3133992448
- https://openalex.org/W3134231146
- https://openalex.org/W3142929346
- https://openalex.org/W3154986366
- https://openalex.org/W3162929352
- https://openalex.org/W3177828909
- https://openalex.org/W3191673291
- https://openalex.org/W3200040377
- https://openalex.org/W32978508
- https://openalex.org/W4288062067
- https://openalex.org/W4298140177