Published November 28, 2017
| Version v1
Publication
Open
Transcriptome-wide analysis of the Trypanosoma cruzi proliferative cycle identifies the periodically expressed mRNAs and their multiple levels of control
Creators
- 1. Universidad de la República
- 2. Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable
Description
Trypanosoma cruzi is the protozoan parasite causing American trypanosomiasis or Chagas disease, a neglected parasitosis with important human health impact in Latin America. The efficacy of current therapy is limited, and its toxicity is high. Since parasite proliferation is a fundamental target for rational drug design, we sought to progress into its understanding by applying a genome-wide approach. Treating a TcI linage strain with hydroxyurea, we isolated epimastigotes in late G1, S and G2/M cell cycle stages at 70% purity. The sequencing of each phase identified 305 stage-specific transcripts (1.5-fold change, p≤0.01), coding for conserved cell cycle regulated proteins and numerous proteins whose cell cycle dependence has not been recognized before. Comparisons with the parasite T. brucei and the human host reveal important differences. The meta-analysis of T. cruzi transcriptomic and ribonomic data indicates that cell cycle regulated mRNAs are subject to sub-cellular compartmentalization. Compositional and structural biases of these genes- including CAI, GC content, UTR length, and polycistron position- may contribute to their regulation. To discover nucleotide motifs responsible for the co-regulation of cell cycle regulated genes, we looked for overrepresented motifs at their UTRs and found a variant of the cell cycle sequence motif at the 3' UTR of most of the S and G2 stage genes. We additionally identified hairpin structures at the 5' UTRs of a high proportion of the transcripts, suggesting that periodic gene expression might also rely on translation initiation in T. cruzi. In summary, we report a comprehensive list of T. cruzi cell cycle regulated genes, including many previously unstudied proteins, we show evidence favoring a multi-step control of their expression, and we identify mRNA motifs that may mediate their regulation. Our results provide novel information of the T. cruzi proliferative proteins and the integrated levels of their gene expression control.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
المثقبية الكروزية هي الطفيلي الأولي الذي يسبب داء المثقبيات الأمريكي أو مرض شاغاس، وهو طفيلي مهمل له تأثير مهم على صحة الإنسان في أمريكا اللاتينية. فعالية العلاج الحالي محدودة، وسميته عالية. نظرًا لأن انتشار الطفيليات هو هدف أساسي للتصميم العقلاني للأدوية، فقد سعينا إلى التقدم في فهمه من خلال تطبيق نهج على مستوى الجينوم. علاج سلالة خط TcI مع هيدروكسي يوريا، عزلنا epimastigotes في مراحل دورة الخلية G1 و S و G2/M المتأخرة عند نقاء 70 ٪. حدد تسلسل كل مرحلة 305 نسخة خاصة بالمرحلة (تغيير 1.5 ضعف، p≤0.01)، وترميز البروتينات المنظمة لدورة الخلايا المحفوظة والعديد من البروتينات التي لم يتم التعرف على اعتمادها على دورة الخلايا من قبل. تكشف المقارنات مع الطفيلي T. brucei والمضيف البشري عن اختلافات مهمة. يشير التحليل التلوي لبيانات T. cruzi transcriptomic و ribonomic إلى أن الحمض النووي الريبوزي المرسال المنظم لدورة الخلية يخضع للتقسيم دون الخلوي. قد تساهم التحيزات التركيبية والهيكلية لهذه الجينات - بما في ذلك CAI ومحتوى GC وطول UTR وموضع البولي سيسترون - في تنظيمها. لاكتشاف زخارف النيوكليوتيدات المسؤولة عن التنظيم المشترك للجينات المنظمة لدورة الخلية، بحثنا عن زخارف ممثلة تمثيلاً زائداً في UTRs الخاصة بهم ووجدنا متغيرًا من زخرفة تسلسل دورة الخلية في UTR 3'لمعظم جينات المرحلة S و G2. حددنا بالإضافة إلى ذلك هياكل دبوس الشعر في UTRs 5'من نسبة عالية من النصوص، مما يشير إلى أن التعبير الجيني الدوري قد يعتمد أيضًا على بدء الترجمة في T. cruzi. باختصار، نبلغ عن قائمة شاملة من الجينات المنظمة لدورة الخلايا التائية الكروزية، بما في ذلك العديد من البروتينات غير المدروسة سابقًا، ونعرض أدلة تفضل التحكم متعدد الخطوات في تعبيرها، ونحدد زخارف الحمض النووي الريبوزي المرسال التي قد تتوسط في تنظيمها. توفر نتائجنا معلومات جديدة عن البروتينات التكاثرية T. cruzi والمستويات المتكاملة للتحكم في التعبير الجيني.Translated Description (French)
Trypanosoma cruzi est le parasite protozoaire responsable de la trypanosomiase américaine ou maladie de Chagas, une parasitose négligée ayant un impact important sur la santé humaine en Amérique latine. L'efficacité du traitement actuel est limitée et sa toxicité est élevée. La prolifération des parasites étant une cible fondamentale pour la conception rationnelle de médicaments, nous avons cherché à progresser dans sa compréhension en appliquant une approche à l'échelle du génome. En traitant une souche de lignée TcI avec de l'hydroxyurée, nous avons isolé des épimastigotes aux stades tardifs du cycle cellulaire G1, S et G2/M à 70% de pureté. Le séquençage de chaque phase a identifié 305 transcrits spécifiques au stade (changement de 1,5 fois, p≤0,01), codant pour des protéines régulées par le cycle cellulaire conservées et de nombreuses protéines dont la dépendance au cycle cellulaire n'a pas été reconnue auparavant. Les comparaisons avec le parasite T. brucei et l'hôte humain révèlent des différences importantes. La méta-analyse des données transcriptomiques et ribonomiques de T. cruzi indique que les ARNm régulés par le cycle cellulaire sont soumis à une compartimentation sous-cellulaire. Les biais de composition et de structure de ces gènes - y compris les CAI, la teneur en GC, la longueur UTR et la position du polycistron - peuvent contribuer à leur régulation. Pour découvrir les motifs nucléotidiques responsables de la corégulation des gènes régulés par le cycle cellulaire, nous avons recherché des motifs surreprésentés à leurs UTR et trouvé une variante du motif de la séquence du cycle cellulaire à l'UTR 3'de la plupart des gènes des stades S et G2. Nous avons également identifié des structures en épingle à cheveux aux 5' UTR d'une forte proportion des transcrits, ce qui suggère que l'expression périodique des gènes pourrait également dépendre de l'initiation de la traduction chez T. cruzi. En résumé, nous rapportons une liste complète de gènes régulés par le cycle cellulaire de T. cruzi, y compris de nombreuses protéines non étudiées auparavant, nous montrons des preuves favorisant un contrôle en plusieurs étapes de leur expression et nous identifions des motifs d'ARNm qui peuvent médier leur régulation. Nos résultats fournissent de nouvelles informations sur les protéines prolifératives de T. cruzi et les niveaux intégrés de leur contrôle de l'expression génique.Translated Description (Spanish)
Trypanosoma cruzi es el parásito protozoario causante de la tripanosomiasis americana o enfermedad de Chagas, una parasitosis desatendida con un importante impacto en la salud humana en América Latina. La eficacia de la terapia actual es limitada y su toxicidad es alta. Dado que la proliferación de parásitos es un objetivo fundamental para el diseño racional de fármacos, buscamos avanzar en su comprensión mediante la aplicación de un enfoque de todo el genoma. Al tratar una cepa de linaje TcI con hidroxiurea, aislamos epimastigotes en etapas tardías del ciclo celular G1, S y G2/M con una pureza del 70%. La secuenciación de cada fase identificó 305 transcritos específicos de la etapa (cambio de 1,5 veces, p≤0,01), que codifican proteínas reguladas por el ciclo celular conservadas y numerosas proteínas cuya dependencia del ciclo celular no se ha reconocido antes. Las comparaciones con el parásito T. brucei y el huésped humano revelan diferencias importantes. El metanálisis de los datos transcriptómicos y ribonómicos de T. cruzi indica que los ARNm regulados por el ciclo celular están sujetos a compartimentación subcelular. Los sesgos composicionales y estructurales de estos genes, incluidos el Cai, el contenido de GC, la longitud de UTR y la posición del policistrón, pueden contribuir a su regulación. Para descubrir los motivos de nucleótidos responsables de la corregulación de los genes regulados por el ciclo celular, buscamos motivos sobrerrepresentados en sus UTR y encontramos una variante del motivo de la secuencia del ciclo celular en la 3' UTR de la mayoría de los genes en etapa S y G2. Además, identificamos estructuras en horquilla en las UTR 5'de una alta proporción de los transcritos, lo que sugiere que la expresión génica periódica también podría depender del inicio de la traducción en T. cruzi. En resumen, presentamos una lista completa de genes regulados por el ciclo celular de T. cruzi, que incluye muchas proteínas no estudiadas previamente, mostramos evidencia que favorece un control de su expresión en varios pasos e identificamos motivos de ARNm que pueden mediar en su regulación. Nuestros resultados proporcionan información novedosa de las proteínas proliferativas de T. cruzi y los niveles integrados de su control de expresión génica.Files
journal.pone.0188441&type=printable.pdf
Files
(5.5 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:638c4a49e45f72e99caaded2f6e67451
|
5.5 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- يحدد التحليل على نطاق ترانسكريبتوم لدورة المثقبية الكروزية التكاثرية الحمض النووي الريبوزي المرسال المعبر عنه دوريًا ومستويات تحكمه المتعددة
- Translated title (French)
- L'analyse à l'échelle du transcriptome du cycle prolifératif de Trypanosoma cruzi identifie les ARNm exprimés périodiquement et leurs multiples niveaux de contrôle
- Translated title (Spanish)
- El análisis de todo el transcriptoma del ciclo proliferativo de Trypanosoma cruzi identifica los ARNm expresados periódicamente y sus múltiples niveles de control
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2769506155
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0188441
References
- https://openalex.org/W1487331926
- https://openalex.org/W1584395779
- https://openalex.org/W1617495083
- https://openalex.org/W1670535033
- https://openalex.org/W1749616410
- https://openalex.org/W1919951605
- https://openalex.org/W1975472623
- https://openalex.org/W1982903907
- https://openalex.org/W1987274199
- https://openalex.org/W1991199800
- https://openalex.org/W1991438295
- https://openalex.org/W1992979529
- https://openalex.org/W1994582254
- https://openalex.org/W1997358657
- https://openalex.org/W2005300981
- https://openalex.org/W2015646332
- https://openalex.org/W2016469359
- https://openalex.org/W2017339829
- https://openalex.org/W2018590530
- https://openalex.org/W2020753655
- https://openalex.org/W2020812527
- https://openalex.org/W2021129827
- https://openalex.org/W2021880506
- https://openalex.org/W2025133398
- https://openalex.org/W2026833066
- https://openalex.org/W2028157236
- https://openalex.org/W2037296012
- https://openalex.org/W2038828661
- https://openalex.org/W2043550667
- https://openalex.org/W2044924606
- https://openalex.org/W2045348184
- https://openalex.org/W2045594331
- https://openalex.org/W2046101049
- https://openalex.org/W2050759780
- https://openalex.org/W2051805504
- https://openalex.org/W2052050987
- https://openalex.org/W2052699176
- https://openalex.org/W2053812241
- https://openalex.org/W2062660352
- https://openalex.org/W2064389061
- https://openalex.org/W2066097969
- https://openalex.org/W2070163065
- https://openalex.org/W2070494252
- https://openalex.org/W2074364751
- https://openalex.org/W2074978170
- https://openalex.org/W2075490509
- https://openalex.org/W2077026062
- https://openalex.org/W2081224211
- https://openalex.org/W2082399236
- https://openalex.org/W2084360114
- https://openalex.org/W2086561953
- https://openalex.org/W2090504812
- https://openalex.org/W2092137466
- https://openalex.org/W2094009347
- https://openalex.org/W2097143603
- https://openalex.org/W2097175728
- https://openalex.org/W2102123859
- https://openalex.org/W2104125532
- https://openalex.org/W2105575738
- https://openalex.org/W2105712639
- https://openalex.org/W2107277218
- https://openalex.org/W2121918723
- https://openalex.org/W2122679732
- https://openalex.org/W2122914905
- https://openalex.org/W2123139638
- https://openalex.org/W2124985265
- https://openalex.org/W2126558621
- https://openalex.org/W2127372456
- https://openalex.org/W2128782169
- https://openalex.org/W2130852655
- https://openalex.org/W2133275594
- https://openalex.org/W2134526812
- https://openalex.org/W2139764433
- https://openalex.org/W2142993725
- https://openalex.org/W2143863776
- https://openalex.org/W2147102394
- https://openalex.org/W2150820635
- https://openalex.org/W2150999583
- https://openalex.org/W2151489843
- https://openalex.org/W2155159495
- https://openalex.org/W2157009395
- https://openalex.org/W2157284742
- https://openalex.org/W2157705406
- https://openalex.org/W2159356176
- https://openalex.org/W2164464886
- https://openalex.org/W2171948041
- https://openalex.org/W2192080449
- https://openalex.org/W2199101442
- https://openalex.org/W2292320336
- https://openalex.org/W2293726486
- https://openalex.org/W2333694147
- https://openalex.org/W235777296
- https://openalex.org/W2397139796
- https://openalex.org/W2423125864
- https://openalex.org/W2586759875
- https://openalex.org/W631796124