Published July 26, 2021
| Version v1
Publication
Open
Dipeptidyl peptidase III as a DNA marker to investigate epidemiology and taxonomy of Old World Leishmania species
Creators
- 1. Institut Pasteur de Tunis
- 2. Tunis University
- 3. Tunis El Manar University
- 4. University of Sousse
- 5. Rafik Hariri University Hospital
- 6. Institut Pasteur d'Algérie
- 7. Lebanese University
Description
Dipeptidyl peptidase III (DPPIII) member of M49 peptidase family is a zinc-dependent metallopeptidase that cleaves dipeptides sequentially from the N-terminus of its substrates. In Leishmania, DPPIII, was reported with other peptidases to play a significant role in parasites' growth and survival. In a previous study, we used a coding sequence annotated as DPPIII to develop and evaluate a PCR assay that is specific to dermotropic Old World (OW) Leishmania species. Thus, our objective was to further assess use of this gene for Leishmania species identification and for phylogeny, and thus for diagnostic and molecular epidemiology studies of Old World Leishmania species.Orthologous DDPIII genes were searched in all Leishmania genomes and aligned to design PCR primers and identify relevant restriction enzymes. A PCR assays was developed and seventy-two Leishmania fragment sequences were analyzed using MEGA X genetics software to infer evolution and phylogenetic relationships of studied species and strains. A PCR-RFLP scheme was also designed and tested on 58 OW Leishmania strains belonging to 8 Leishmania species and evaluated on 75 human clinical skin samples.Sequence analysis showed 478 variable sites (302 being parsimony informative). Test of natural selection (dN-dS) (-0.164, SE = 0.013) inferred a negative selection, characteristic of essential genes, corroborating the DPPIII importance for parasite survival. Inter- and intra-specific genetic diversity was used to develop universal amplification of a 662bp fragment. Sequence analyses and phylogenies confirmed occurrence of 6 clusters congruent to L. major, L. tropica, L. aethiopica, L. arabica, L. turanica, L. tarentolae species, and one to the L. infantum and L. donovani species complex. A PCR-RFLP algorithm for Leishmania species identification was designed using double digestions with HaeIII and KpnI and with SacI and PvuII endonucleases. Overall, this PCR-RFLP yielded distinct profiles for each of the species L. major, L. tropica, L. aethiopica, L. arabica and L. turanica and the L. (Sauroleishmania) L. tarentolae. The species L. donovani, and L. infantum shared the same profile except for strains of Indian origin. When tested on clinical samples, the DPPIII PCR showed sensitivities of 82.22% when compared to direct examination and was able to identify 84.78% of the positive samples.The study demonstrates that DPPIII gene is suitable to detect and identify Leishmania species and to complement other molecular methods for leishmaniases diagnosis and epidemiology. Thus, it can contribute to evidence-based disease control and surveillance.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الببتيد الثنائي الببتيد الثالث (DPPIII) عضو في عائلة الببتيد M49 هو ببتيد معدني معتمد على الزنك يشق ثنائي الببتيدات بالتتابع من الطرف N لركائزه. في الليشمانيا، تم الإبلاغ عن DPPIII مع الببتيدات الأخرى للعب دور مهم في نمو الطفيليات وبقائها على قيد الحياة. في دراسة سابقة، استخدمنا تسلسل الترميز المشروح كـ DPPIII لتطوير وتقييم اختبار تفاعل البوليميراز المتسلسل الخاص بأنواع الليشمانيا في العالم القديم (OW). وبالتالي، كان هدفنا هو مواصلة تقييم استخدام هذا الجين لتحديد أنواع الليشمانيا والتطور، وبالتالي للدراسات الوبائية التشخيصية والجزيئية لأنواع الليشمانيا في العالم القديم. تم البحث عن جينات DDPIII العظمية في جميع جينومات الليشمانيا ومواءمتها لتصميم برايمرات تفاعل البوليميراز المتسلسل وتحديد إنزيمات التقييد ذات الصلة. تم تطوير فحوصات تفاعل البوليميراز المتسلسل وتم تحليل اثنين وسبعين تسلسل شظايا الليشمانيا باستخدام برنامج ميجا إكس الوراثي لاستنتاج التطور والعلاقات الوراثية للأنواع والسلالات المدروسة. كما تم تصميم واختبار مخطط تفاعل البوليميراز المتسلسل على 58 سلالة من الليشمانيا خارج الجسم تنتمي إلى 8 أنواع من الليشمانيا وتم تقييمه على 75 عينة جلدية سريرية بشرية. أظهر تحليل التسلسل 478 موقعًا متغيرًا (302 منها غنية بالمعلومات). استنتج اختبار الانتقاء الطبيعي (dN - dS) (-0.164، SE = 0.013) انتقاءًا سلبيًا، وهو سمة من سمات الجينات الأساسية، مما يؤكد أهمية DPPIII لبقاء الطفيليات. تم استخدام التنوع الجيني بين وداخل محددة لتطوير التضخيم العالمي لجزء 662bp. أكدت تحليلات التسلسل وتطور السلالات حدوث 6 مجموعات متطابقة مع L. major و L. tropica و L. aethiopica و L. arabica و L. turanica و L. tarentolae، وواحدة إلى L. infantum و L. donovani مجمع الأنواع. تم تصميم خوارزمية PCR - RFLP لتحديد أنواع الليشمانيا باستخدام عمليات الهضم المزدوج مع HaeIII و KpnI ومع SacI و PvuII endonucleases. بشكل عام، أنتج تفاعل البوليميراز المتسلسل هذا ملفات تعريف مميزة لكل نوع من الأنواع L. major و L. tropica و L. aethiopica و L. arabica و L. turanica و L. (Sauroleishmania) L. tarentolae. يشترك النوعان L. donovani و L. infantum في نفس المظهر باستثناء السلالات من أصل هندي. عند اختباره على العينات السريرية، أظهر تفاعل البوليميراز المتسلسل DPPIII حساسيات بنسبة 82.22 ٪ عند مقارنته بالفحص المباشر وتمكن من تحديد 84.78 ٪ من العينات الإيجابية. توضح الدراسة أن جين DPPIII مناسب للكشف عن أنواع الليشمانيا وتحديدها واستكمال الطرق الجزيئية الأخرى لتشخيص الليشمانيا وعلم الأوبئة. وبالتالي، يمكن أن يساهم في مكافحة الأمراض ومراقبتها القائمة على الأدلة.Translated Description (French)
La dipeptidyl peptidase III (DPPIII), membre de la famille des peptidases M49, est une métallopeptidase zinc-dépendante qui clive les dipeptides séquentiellement à partir de l'extrémité N-terminale de ses substrats. Chez Leishmania, la DPPIII a été signalée avec d'autres peptidases comme jouant un rôle important dans la croissance et la survie des parasites. Dans une étude précédente, nous avons utilisé une séquence codante annotée DPPIII pour développer et évaluer un test PCR spécifique aux espèces dermotropes de Leishmania de l'Ancien Monde (OW). Ainsi, notre objectif était d'évaluer davantage l'utilisation de ce gène pour l'identification des espèces de Leishmania et pour la phylogénie, et donc pour les études de diagnostic et d'épidémiologie moléculaire des espèces de Leishmania de l'Ancien Monde. Les gènes DDPIII ont été recherchés dans tous les génomes de Leishmania et alignés pour concevoir des amorces PCR et identifier les enzymes de restriction pertinentes. Un test PCR a été développé et soixante-douze séquences de fragments de Leishmania ont été analysées à l'aide du logiciel de génétique MEGA X pour déduire l'évolution et les relations phylogénétiques des espèces et des souches étudiées. Un schéma PCR-RFLP a également été conçu et testé sur 58 souches de Leishmania OW appartenant à 8 espèces de Leishmania et évalué sur 75 échantillons de peau cliniques humains. L'analyse de séquence a montré 478 sites variables (302 étant informatif sur la parcimonie). Le test de sélection naturelle (dN-dS) (-0.164, SE = 0.013) a déduit une sélection négative, caractéristique des gènes essentiels, corroborant l'importance de la DPPIII pour la survie du parasite. La diversité génétique inter et intra-spécifique a été utilisée pour développer l'amplification universelle d'un fragment de 662 pb. Les analyses de séquence et les phylogénies ont confirmé la présence de 6 grappes congruentes aux espèces L. major, L. tropica, L. aethiopica, L. arabica, L. turanica, L. tarentolae, et une au complexe des espèces L. infantum et L. donovani. Un algorithme PCR-RFLP pour l'identification des espèces de Leishmania a été conçu en utilisant une double digestion avec HaeIII et KpnI et avec les endonucléases SacI et PvuII. Dans l'ensemble, cette PCR-RFLP a donné des profils distincts pour chacune des espèces L. major, L. tropica, L. aethiopica, L. arabica et L. turanica et L. (Sauroleishmania) L. tarentolae. Les espèces L. donovani et L. infantum partageaient le même profil à l'exception des souches d'origine indienne. Lorsqu'elle a été testée sur des échantillons cliniques, la PCR DPPIII a montré une sensibilité de 82,22 % par rapport à l'examen direct et a pu identifier 84,78 % des échantillons positifs. L'étude démontre que le gène DPPIII est approprié pour détecter et identifier les espèces de Leishmania et pour compléter d'autres méthodes moléculaires pour le diagnostic et l'épidémiologie des leishmanioses. Ainsi, il peut contribuer au contrôle et à la surveillance des maladies fondés sur des données probantes.Translated Description (Spanish)
El miembro de dipeptidil peptidasa III (DPPIII) de la familia de peptidasa M49 es una metalopeptidasa dependiente de zinc que escinde dipéptidos secuencialmente del extremo N de sus sustratos. En Leishmania, se informó que DPPIII, junto con otras peptidasas, desempeña un papel importante en el crecimiento y la supervivencia de los parásitos. En un estudio anterior, utilizamos una secuencia de codificación anotada como DPPIII para desarrollar y evaluar un ensayo de PCR que es específico para las especies dermotrópicas de Leishmania del Viejo Mundo (OW). Por lo tanto, nuestro objetivo fue evaluar aún más el uso de este gen para la identificación de especies de Leishmania y para la filogenia, y por lo tanto para estudios de diagnóstico y epidemiología molecular de especies de Leishmania del Viejo Mundo. Se buscaron genes DDPIII ortólogos en todos los genomas de Leishmania y se alinearon para diseñar cebadores de PCR e identificar enzimas de restricción relevantes. Se desarrollaron ensayos de PCR y se analizaron setenta y dos secuencias de fragmentos de Leishmania utilizando el software de genética MEGA X para inferir la evolución y las relaciones filogenéticas de las especies y cepas estudiadas. También se diseñó y probó un esquema PCR-RFLP en 58 cepas de Leishmania OW pertenecientes a 8 especies de Leishmania y se evaluó en 75 muestras clínicas de piel humana. El análisis de secuencias mostró 478 sitios variables (302 son informativos de parsimonia). La prueba de selección natural (dN-dS) (-0.164, SE = 0.013) infirió una selección negativa, característica de los genes esenciales, corroborando la importancia de DPPIII para la supervivencia del parásito. Se utilizó la diversidad genética interespecífica e intraespecífica para desarrollar la amplificación universal de un fragmento de 662 pb. Los análisis de secuencia y filogenias confirmaron la aparición de 6 grupos congruentes con las especies L. major, L. tropica, L. aethiopica, L. arabica, L. turanica, L. tarentolae y uno con el complejo de especies L. infantum y L. donovani. Se diseñó un algoritmo PCR-RFLP para la identificación de especies de Leishmania utilizando digestiones dobles con HaeIII y KpnI y con endonucleasas SacI y PvuII. En general, este PCR-RFLP produjo perfiles distintos para cada una de las especies L. major, L. tropica, L. aethiopica, L. arabica y L. turanica y L. (Sauroleishmania) L. tarentolae. Las especies L. donovani y L. infantum compartieron el mismo perfil a excepción de las cepas de origen indio. Cuando se probó en muestras clínicas, la PCR de DPPIII mostró sensibilidades del 82,22% en comparación con el examen directo y fue capaz de identificar el 84,78% de las muestras positivas. El estudio demuestra que el gen DPPIII es adecuado para detectar e identificar especies de Leishmania y para complementar otros métodos moleculares para el diagnóstico y la epidemiología de la leishmaniosis. Por lo tanto, puede contribuir al control y la vigilancia de enfermedades basados en la evidencia.Files
journal.pntd.0009530&type=printable.pdf
Files
(2.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:518a0e638f76e73b000c2879629f0a17
|
2.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- ديبتيديل بيبتيداز 3 كعلامة للحمض النووي للتحقيق في علم الأوبئة وتصنيف أنواع الليشمانيا في العالم القديم
- Translated title (French)
- Dipeptidyl peptidase III comme marqueur d'ADN pour étudier l'épidémiologie et la taxonomie des espèces de Leishmania de l'Ancien Monde
- Translated title (Spanish)
- Dipeptidil peptidasa III como marcador de ADN para investigar epidemiología y taxonomía de especies de Leishmania del Viejo Mundo
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3183263427
- DOI
- 10.1371/journal.pntd.0009530
References
- https://openalex.org/W1509517441
- https://openalex.org/W151941690
- https://openalex.org/W1522111625
- https://openalex.org/W1549911162
- https://openalex.org/W1585150267
- https://openalex.org/W1676233161
- https://openalex.org/W1746592235
- https://openalex.org/W1907806866
- https://openalex.org/W1955420973
- https://openalex.org/W1964885426
- https://openalex.org/W1966314292
- https://openalex.org/W1967139471
- https://openalex.org/W1969122332
- https://openalex.org/W1980563947
- https://openalex.org/W1983245570
- https://openalex.org/W1983916351
- https://openalex.org/W1996819015
- https://openalex.org/W1998098976
- https://openalex.org/W2000769719
- https://openalex.org/W2000868975
- https://openalex.org/W2009187080
- https://openalex.org/W2017476538
- https://openalex.org/W2019945911
- https://openalex.org/W2028954728
- https://openalex.org/W2030966943
- https://openalex.org/W2034212614
- https://openalex.org/W2034433507
- https://openalex.org/W2035135342
- https://openalex.org/W2037329917
- https://openalex.org/W2038756795
- https://openalex.org/W2039458694
- https://openalex.org/W2041124144
- https://openalex.org/W2043753301
- https://openalex.org/W2045467046
- https://openalex.org/W2045602956
- https://openalex.org/W2045873956
- https://openalex.org/W2050797708
- https://openalex.org/W2050995804
- https://openalex.org/W2052255206
- https://openalex.org/W2065972580
- https://openalex.org/W2068902635
- https://openalex.org/W2076287232
- https://openalex.org/W2082485272
- https://openalex.org/W2082953093
- https://openalex.org/W2094914437
- https://openalex.org/W2097590400
- https://openalex.org/W2097706568
- https://openalex.org/W2099258448
- https://openalex.org/W2102424972
- https://openalex.org/W2105881539
- https://openalex.org/W2107915297
- https://openalex.org/W2108681289
- https://openalex.org/W2112215966
- https://openalex.org/W2119109141
- https://openalex.org/W2124790653
- https://openalex.org/W2124965758
- https://openalex.org/W2126492045
- https://openalex.org/W2126552495
- https://openalex.org/W2129223498
- https://openalex.org/W2130306872
- https://openalex.org/W2136911182
- https://openalex.org/W2137577767
- https://openalex.org/W2141740056
- https://openalex.org/W2141800104
- https://openalex.org/W2143710093
- https://openalex.org/W2146522252
- https://openalex.org/W2152207030
- https://openalex.org/W2156042371
- https://openalex.org/W2159341993
- https://openalex.org/W2167474639
- https://openalex.org/W2170834744
- https://openalex.org/W2229908198
- https://openalex.org/W2296520086
- https://openalex.org/W2378686959
- https://openalex.org/W2408841004
- https://openalex.org/W2409873232
- https://openalex.org/W2414686427
- https://openalex.org/W2467267607
- https://openalex.org/W2559498161
- https://openalex.org/W2584298728
- https://openalex.org/W2591607327
- https://openalex.org/W2612178877
- https://openalex.org/W2622320650
- https://openalex.org/W2623307980
- https://openalex.org/W2781816005
- https://openalex.org/W2783632765
- https://openalex.org/W2793236671
- https://openalex.org/W2799524357
- https://openalex.org/W2806814588
- https://openalex.org/W2883127479
- https://openalex.org/W2895591794
- https://openalex.org/W2913011744
- https://openalex.org/W2914946442
- https://openalex.org/W2957597571
- https://openalex.org/W2963273733
- https://openalex.org/W3014059824
- https://openalex.org/W3016803401
- https://openalex.org/W3029167178
- https://openalex.org/W3043393472
- https://openalex.org/W4250963719
- https://openalex.org/W4255665347
- https://openalex.org/W9307905