ABSTRACT
Abstract In trypanosomatids, gene expression is mainly regulated at posttranscriptional level, through mechanisms based on the interaction between RNA Binding Proteins [RBPs] and motifs present in the untranslated regions [UTRs] of the mRNAs, which altogether form ribonucleoproteic complexes [RNP] that define the fate of the mRNA. The pre-mRNA derived from the LYT1 gene of Trypanosoma cruzi, is processed by alternative trans-splicing, resulting in different mRNAs which code for the isoforms mLYTl and kLYTl, proteins having differential expression, cellular location and function. The aim of this study was to characterize the 5' and 3' UTRs of the LYT1 mRNAs as the initial step towards the objective of identification of the RBPs responsible for their differential expression. The presence of the two types of 5' UTRs were confirmed in two T. cruzi isolates belonging to the DTU I, thus, corroborating the occurrence of alternative trans-splicing also in the LYT1 gene of this T. cruzi DTU. In addition, for the first time, was unscovered the existence of two types of LYT1 mRNAs transcripts, differing in length by 116 nts, that are generated by alternative polyadenylation. Furthermore, an in-silico analysis of the experimentally obtained UTRs, and ten additional LYT1 sequences retrieved from TritrypDB and GenBank databases, together with a thoroughly search of structural motifs, showed a remarkable conservation of relevant structural motifs previously associated with RNA metabolism in the different UTRs; these elements might be involved in the differential stage-specific expression of each LYT1 isoform.
Resumen En los trypanosomátidos, la expresión génica se regula principalmente en el nivel post-transcripcional mediante mecanismos basados en la interacción entre las proteínas de unión del ARN [RBP] y las figuras presentes en las regiones no traducidas [UTR] de las ARN, que en conjunto forman complejos ribonucleoproteicos [RNP] que definen el destino de la ARN. El pre-ARN derivado del gen LYT1 del Trypanosoma cruzi es procesado por trans-empalme alternativo, dando como resultado diferentes ARN que codifican las isoformas mLYTl y kLYTl, proteínas con expresión diferencial, localización celular y función. El objetivo de este estudio fue caracterizar los 5' y 3' UTR de las ARN LYT1 como el paso inicial hacia la identificación de los RPB responsables de la expresión diferencial. Se confirmó la presencia de los dos tipos de 5' UTR en dos aislantes del T. cruzi pertenecientes al DTU I; de esta forma también se comprobó la ocurrencia del trans-empalme alternativo en el gen LYT1 de este T. cruzi DTU. Además, por primera vez, se pudo demostrar la existencia de dos tipos de transcripciones de ARN LYT1, que difieren en longitud por 116 nts, y son generadas por poliadenilación alternativa. Adicionalmente, se realizó un análisis in-silico de la UTR obtenida experimentalmente, y otras diez secuencias LYT1 recuperadas de las bases de datos TritrypDB y GenBank, junto con una búsqueda exhaustiva de figuras estructuradas, mostrando una notable conservación de los figuras estructurales asociadas con el metabolismo del ARN en los diferentes UTR; estos elementos podrían estar implicados en la expresión diferenciada de la etapa específica de cada isoforma LYT1.
Resumo Nos tripanossomatídeos, a expressão génica é regulada principalmente a nível pós-transcricional mediante mecanismos baseados na interação entre as proteínas de união do RNA [RBPs] e as fugiras presentes nas regiões não-traduzidas [UTRs] do RNA. O pré-RNA derivado do gene LYT1 do Trypanosoma cruzí é processado por uma junção trans-alternativa, resultando em diferentes RNA que codificam as isoformas mLYTl e kLYTl, proteínas com expressão, localização celular e função diferenciadas. O objetivo de este estudo foi caracterizar as 5' e 3' UTRs dos RNAs LYT1 como sendo o passo inicial na identificação das RBPs responsáveis pela expressão diferenciada. A presença dos dois tipos de 5' UTRs foi confirmada em dois isolados de T. cruzí pertencentes ao DTU I; corroborando assim com a ocorrência da junção trans-alternativa no gene LYT1 de este T. crují DTU. Adicionalmente, se demonstrou pela primeira vez a existência de dois tipos de transcrições de RNA LYT1, que se diferenciam em comprimento por 116 nts, e são geradas por poliadenização alternativa. Além disso, realizou-se uma análise in-sílico da UTR obtida experimentalmente e outras dez sequencias LYT1 recuperadas das bases de dados TritrypDB e GenBank, junto com uma busca exaustiva de figuras estruturadas, mostrando uma notável conservação das figuras estruturais associadas com o metabolismo do RNA nas diferentes UTRs. Estes elementos poderiam estar envolvidos na expressão estágio-específica diferenciada de cada isoforma LYT1.
Subject(s)
Humans , Trypanosoma cruzi , Gene Expression Regulation , RNA-Binding Proteins , Untranslated RegionsABSTRACT
Objetivo. Con el fin de aportar nueva información relevante para estudios de genotipificación y filogenética del género Leishmania, en este estudio se determinó y comparó la secuencia del maxicírculo de Leishmania braziliensis, cepa MHOM-BR-75-M2904, con las secuencias del maxicírculo reportadas para otras especies de tripanosomátidos. Materiales y métodos. La búsqueda de las secuencias del maxicírculo se realizó en las bases de datos de secuencias no ensambladas del GeneDB versión 2.1, así como en el GenBank, utilizando los genes ND8 y RPS12 de L. braziliensis como sonda inicial. Estas secuencias se ensamblaron y se compararon con sus homólogas en otros tripanosomátidos mediante el uso de herramientas bioinformáticas como LALIGN y ClustalW2. El tamaño total del maxicírculo se determinó mediante ensayos de Southern blot. Resultados. Se ensamblaron dos fragmentos del maxicírculo de L. braziliensis de 6535 y 4257 nucleótidos, cuyos genes presentaron elevada sintenia y similitud en sus secuencias con los previamente reportados en otras especies de Leishmania. Similitud que se extiende incluso a los patrones de edición de estas moléculas. Conclusiones. A pesar de ser L. braziliensis la especie más divergente del género Leishmania en cuanto a su genoma nuclear, el marxicírculo presenta una elevada conservación. Resultado que sugiere que el patrón de edición presente en las diferentes especies de Leishmania hasta ahora estudiadas se conserva también en el subgénero Viannia, lo que indica una elevada conservación en la edición de los transcritos mitocondriales a nivel de género.
Objective. With the aim to provide new insights for genotyping and phylogenetic studies of the Leishmania genus, in this study the sequence of the maxicircle in Leishmania braziliensis, strain MHOM-BR-75-M2904, was determined and compared with those reported in other trypanosomatids species. Materials and methods. Searches for maxicircle sequences were performed in the unassembled sequences of GeneDB database version 2.1, as well as in the GenBank, using the ND8 and RPS12 genes of L. braziliensis as the initial probes. These sequences were assembled and compared with the homologous sequences of trypanosomatids using the bioinformatics tools LALIGN and ClustalW2. The size of maxicircle was determined by Southern blot assays. Results. Two maxicircle fragments of 6535 and 4257 nucleotides were assembled. The sequences of these genes showed high synteny and similarity with the sequences in other Leishmania species. This similarity even was extended to the editing patterns of these molecules. Conclusions. Although L. braziliensis is the most divergent species of the Leishmania genus in their nuclear genome, the maxicicircle has a high conservation. This result suggests that the pattern of editing present in the different Leishmania species studied has been conserved also in the subgenus Viannia. These results indicate a high conservation in the editing of mitochondrial transcripts at the genus level.
Objetivo. Com o fim de contribuir nova informação relevante para estudos de genotipagem e filogenética do género Leishmania, neste estudo determinou-se a sequência do maxicirculo de Leishmania braziliensis, cepa MHOM-BR-75-M2904, comparandosecom as seqüências do maxicirculo reportadas para outras espécies de tripanossomatídeos. Materiais e Métodos. A busca das seqüências do maxicirculo foi realizada nas bases de dados para seqüências não alinhadas no GeneDB versão 2.1, assim como no GeneBank, utilizando o genes ND8 e RPS12 de L. braziliensis como sonda inicial. Essas seqüências foram alinhadas e comparadas com as suas homologas em outros tripanossomatídeos, mediante o uso de ferramentas bioinformáticas como L-ALIGN e ClustalW2. O tamanho total do maxicirculo foi determinado mediante ensaios de Southern blot. Resultados. Foram alinhados dois fragmentos do maxicirculo de L. braziliensis de 6535 e 4257 nucleotídeos, cujos genes apresentaram elevada sintenia e similaridade nas suas seqüências com os genes previamente reportados nas outras espécies de Leishmania. A similaridade vista estende-se, inclusive, aos padrões de edição para estas moléculas. Conclusões. Apesar de L. braziliensis ser a espécie mais divergente do gênero Leishmania, no que se refere ao seu genoma nuclear, o maxicirculo apresenta uma alta conservação. Esse resultado sugere que o padrão de edição apresentado nas espécies de Leishmania até agora estudadas, é conservado também no subgênero Viannia, o que indica uma alta conservação na edição dos transcritos mitocôndriais ao nível de gênero.
ABSTRACT
During recent years, several Leishmania infantum genes have been cloned and characterized. Here, we have summarized the available information on the gene organization and expression in this protozoan parasite. From a comparative analysis, the following outstanding features were found to be common to most of the genes characterized: tandemly organized genes with conserved coding regions and divergent untranslated regions, polycistronic transcription and post-transcriptional regulation of gene expression. The analysis of chromosomes of L. infantum by pulse-field electrophoresis showed the existence of both size and number polymorphisms such that each strain has a distinctive molecular karyotype. Despite this variability, highly conserved physical linkage groups exists among different strains of L. infantum and even among Old Word Leishmania species. Gene mapping on the L. infantum molecular karyotype evidenced a bias in chromosomal distribution of, at least, the evolutionary conserved genes.