Plasmodium falciparumgene expression measured directly from tissue during human infection
Creators
- 1. Harvard University
- 2. Broad Institute
- 3. Albert Einstein College of Medicine
- 4. University of Malawi
- 5. Michigan State University
Description
During the latter half of the natural 48-h intraerythrocytic life cycle of human Plasmodium falciparum infection, parasites sequester deep in endothelium of tissues, away from the spleen and inaccessible to peripheral blood. These late-stage parasites may cause tissue damage and likely contribute to clinical disease, and a more complete understanding of their biology is needed. Because these life cycle stages are not easily sampled due to deep tissue sequestration, measuring in vivo gene expression of parasites in the trophozoite and schizont stages has been a challenge.We developed a custom nCounter® gene expression platform and used this platform to measure malaria parasite gene expression profiles in vitro and in vivo. We also used imputation to generate global transcriptional profiles and assessed differential gene expression between parasites growing in vitro and those recovered from malaria-infected patient tissues collected at autopsy.We demonstrate, for the first time, global transcriptional expression profiles from in vivo malaria parasites sequestered in human tissues. We found that parasite physiology can be correlated with in vitro data from an existing life cycle data set, and that parasites in sequestered tissues show an expected schizont-like transcriptional profile, which is conserved across tissues from the same patient. Imputation based on 60 landmark genes generated global transcriptional profiles that were highly correlated with genome-wide expression patterns from the same samples measured by microarray. Finally, differential expression revealed a limited set of in vivo upregulated transcripts, which may indicate unique parasite genes involved in human clinical infections.Our study highlights the utility of a custom nCounter® P. falciparum probe set, validation of imputation within Plasmodium species, and documentation of in vivo schizont-stage expression patterns from human tissues.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
خلال النصف الأخير من دورة الحياة الطبيعية داخل كريات الدم الحمراء لمدة 48 ساعة لعدوى المتصورة المنجلية البشرية، تعزل الطفيليات في عمق بطانة الأنسجة، بعيدًا عن الطحال ولا يمكن الوصول إليها للدم المحيطي. قد تتسبب هذه الطفيليات في مرحلة متأخرة في تلف الأنسجة ومن المحتمل أن تساهم في المرض السريري، وهناك حاجة إلى فهم أكثر اكتمالًا لبيولوجيتها. نظرًا لأنه لا يمكن أخذ عينات من مراحل دورة الحياة هذه بسهولة بسبب عزل الأنسجة العميقة، فإن القياس في التعبير الجيني في الجسم الحي للطفيليات في مراحل التغذية والفصام كان تحديًا. لقد طورنا منصة مخصصة للتعبير الجيني nCounter ® واستخدمنا هذه المنصة لقياس ملامح التعبير الجيني لطفيليات الملاريا في المختبر وفي الجسم الحي. كما استخدمنا التضمين لإنشاء ملفات تعريف نسخ عالمية وتقييم التعبير الجيني التفاضلي بين الطفيليات التي تنمو في المختبر وتلك التي تم استردادها من أنسجة المرضى المصابة بالملاريا التي تم جمعها في تشريح الجثة. نعرض، لأول مرة، ملفات تعريف تعبير نسخ عالمية من طفيليات الملاريا الموجودة في الجسم الحي والمعزولة في الأنسجة البشرية. وجدنا أن فسيولوجيا الطفيليات يمكن أن ترتبط بالبيانات المختبرية من مجموعة بيانات دورة الحياة الحالية، وأن الطفيليات في الأنسجة المعزولة تظهر ملفًا نصيًا متوقعًا يشبه الفصام، والذي يتم حفظه عبر الأنسجة من نفس المريض. أدى الاحتساب القائم على 60 جينًا بارزًا إلى إنشاء ملفات نسخ عالمية كانت مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بأنماط التعبير على نطاق الجينوم من نفس العينات التي تم قياسها بواسطة المصفوفة الدقيقة. أخيرًا، كشف التعبير التفاضلي عن مجموعة محدودة من النصوص غير المنظمة في الكائن الحي، والتي قد تشير إلى جينات طفيلية فريدة تشارك في العدوى السريرية البشرية. تسلط دراستنا الضوء على فائدة مجموعة مسبار nCounter ® P. falciparum المخصصة، والتحقق من صحة التضمين داخل أنواع المتصورة، وتوثيق أنماط التعبير في مرحلة الفصام في الكائن الحي من الأنسجة البشرية.Translated Description (French)
Au cours de la seconde moitié du cycle de vie intraérythrocytaire naturel de 48 heures de l'infection humaine à Plasmodium falciparum, les parasites séquestrent profondément dans l'endothélium des tissus, loin de la rate et inaccessibles au sang périphérique. Ces parasites à un stade avancé peuvent causer des lésions tissulaires et contribuer probablement à une maladie clinique, et une compréhension plus complète de leur biologie est nécessaire. Parce que ces étapes du cycle de vie ne sont pas facilement échantillonnées en raison de la séquestration profonde des tissus, la mesure de l'expression génique in vivo des parasites aux stades trophozoïte et schizont a été un défi. Nous avons développé une plate-forme d'expression génique nCounter® personnalisée et avons utilisé cette plate-forme pour mesurer les profils d'expression génique des parasites du paludisme in vitro et in vivo. Nous avons également utilisé l'imputation pour générer des profils transcriptionnels globaux et évalué l'expression génique différentielle entre les parasites se développant in vitro et ceux récupérés à partir de tissus de patients infectés par le paludisme prélevés lors de l'autopsie. Nous démontrons, pour la première fois, des profils d'expression transcriptionnelle globaux à partir de parasites du paludisme in vivo séquestrés dans des tissus humains. Nous avons constaté que la physiologie parasitaire peut être corrélée avec les données in vitro d'un ensemble de données existantes sur le cycle de vie, et que les parasites dans les tissus séquestrés présentent un profil transcriptionnel attendu de type schizont, qui est conservé dans les tissus du même patient. L'imputation basée sur 60 gènes repères a généré des profils transcriptionnels globaux qui étaient fortement corrélés aux modèles d'expression à l'échelle du génome à partir des mêmes échantillons mesurés par microréseau. Enfin, l'expression différentielle a révélé un ensemble limité de transcrits régulés à la hausse in vivo, ce qui peut indiquer des gènes parasites uniques impliqués dans des infections cliniques humaines. Notre étude met en évidence l'utilité d'un ensemble de sondes nCounter® P. falciparum personnalisé, la validation de l'imputation au sein des espèces de Plasmodium et la documentation des modèles d'expression au stade de schizont in vivo à partir de tissus humains.Translated Description (Spanish)
Durante la segunda mitad del ciclo de vida intraeritrocítico natural de 48 h de la infección humana por Plasmodium falciparum, los parásitos se secuestran profundamente en el endotelio de los tejidos, lejos del bazo e inaccesibles a la sangre periférica. Estos parásitos en etapa tardía pueden causar daño tisular y probablemente contribuir a la enfermedad clínica, y se necesita una comprensión más completa de su biología. Debido a que estas etapas del ciclo de vida no se muestrean fácilmente debido al secuestro tisular profundo, medir la expresión génica in vivo de los parásitos en las etapas de trofozoitos y esquizontes ha sido un desafío. Desarrollamos una plataforma de expresión génica nCounter® personalizada y utilizamos esta plataforma para medir los perfiles de expresión génica del parásito de la malaria in vitro e in vivo. También utilizamos la imputación para generar perfiles transcripcionales globales y evaluamos la expresión génica diferencial entre los parásitos que crecen in vitro y los recuperados de tejidos de pacientes infectados con malaria recogidos en la autopsia. Demostramos, por primera vez, perfiles de expresión transcripcional global de parásitos de malaria in vivo secuestrados en tejidos humanos. Encontramos que la fisiología del parásito se puede correlacionar con datos in vitro de un conjunto de datos del ciclo de vida existente, y que los parásitos en tejidos secuestrados muestran un perfil transcripcional similar al esquizonte esperado, que se conserva en los tejidos del mismo paciente. La imputación basada en 60 genes de referencia generó perfiles transcripcionales globales que estaban altamente correlacionados con los patrones de expresión de todo el genoma de las mismas muestras medidas por micromatriz. Finalmente, la expresión diferencial reveló un conjunto limitado de transcritos regulados positivamente in vivo, lo que puede indicar genes parásitos únicos involucrados en infecciones clínicas humanas. Nuestro estudio destaca la utilidad de un conjunto de sondas de P. falciparum nCounter® personalizadas, la validación de la imputación dentro de las especies de Plasmodium y la documentación de los patrones de expresión en etapa de esquizonte in vivo de tejidos humanos.Files
s13073-014-0110-6.pdf
Files
(948.2 kB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:999d191ffc2002034df67cdf2336e4c4
|
948.2 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التعبير الجيني للمتصورة المنجلية يقاس مباشرة من الأنسجة أثناء العدوى البشرية
- Translated title (French)
- Expression du plasmodium falciparumgene mesurée directement à partir des tissus pendant l'infection humaine
- Translated title (Spanish)
- Expresión génica de Plasmodium falciparum medida directamente del tejido durante la infección humana
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2162924242
- DOI
- 10.1186/s13073-014-0110-6
References
- https://openalex.org/W1533335653
- https://openalex.org/W1978455510
- https://openalex.org/W1983724086
- https://openalex.org/W1983970357
- https://openalex.org/W1987901589
- https://openalex.org/W1995830102
- https://openalex.org/W2001456353
- https://openalex.org/W2009765991
- https://openalex.org/W2013857802
- https://openalex.org/W2019851585
- https://openalex.org/W2026271404
- https://openalex.org/W2071432841
- https://openalex.org/W2082625728
- https://openalex.org/W2096161760
- https://openalex.org/W2106053825
- https://openalex.org/W2110794070
- https://openalex.org/W2110952939
- https://openalex.org/W2112047656
- https://openalex.org/W2113005940
- https://openalex.org/W2117115173
- https://openalex.org/W2117123380
- https://openalex.org/W2124661979
- https://openalex.org/W2135061646
- https://openalex.org/W2144816096
- https://openalex.org/W2162195177
- https://openalex.org/W2163443861
- https://openalex.org/W2164365774