BFU2015-65000-R - Epigenética de las interacciones Plasmod

Malaria es la enfermedad transmitida por vectores más importante a nivel mundial. Esta causada por parásitos protozoos del genero Plasmodium y la transmiten mosquitos. Para poder responder y adaptarse rápidamente al hospedador durante su ciclo de vida, el parásito de la malaria ha desarrollado una extensa plasticidad fenotípica. Esta capacidad de adaptación está ligada a la expresión de genes relacionados con la virulencia. En los últimos años se ha invertido un esfuerzo muy importante en estudiar la epigenética y los mecanismos de regulación génica de Plasmodium en el hospedador humano. No obstante, se conoce muy poco acerca del papel de estos procesos epigenéticos en otros estadios del ciclo de vida del parásito. Este proyecto propone un Sistema experimental natural que incluye al mosquito vector de malaria humana Anopheles gambiae y su parásito P. falciparum en una área de malaria endémica en África (Burkina-Faso). Nuestros resultados anteriores muestran que el paso por el mosquito tiene efectos a nivel de regulación global y también altera la expresión y el perfil epigenético en genes implicados en la patogénesis de malaria en humanos. Más importante, la familia clonal variante de genes var que codifican para el antígeno de superficie PfEMP1, también se encuentran alterados durante el ciclo de vida del parásito en el mosquito (sporogony). Todos los genes se encuentran silenciados en el estadio gametocito en la sangre humana. Tras la infección, solo uno de estos genes se activa y se amplifica en el estadio de esporozoíto, y que es el que se transmite al humano. Estos resultados ponen al mosquito en una posición central en las estrategias de control de malaria futuras. No obstante, el mecanismo preciso de regulación de los genes de virulencia aún no se conoce. En base a estos datos, este proyecto tiene como objetivo entender mejor los patrones y los mecanismos que controlan la variabilidad fenotípica y adaptación de P. falciparum en el mosquito, con un énfasis particular en los genes var. Con este propósito, nuestros objetivos son: i) caracterizar el grado y los determinantes de la respuesta fenotípica, a nivel de transcripción y de modificación covalente de histonas, del parásito en el mosquito, ii) examinar la accesibilidad de la cromatina y el posicionamiento de nucleosomas, y correlacionar los cambios con las alteraciones epigenéticas y de expresión génica, iii) testar la posibilidad que proteínas arquitecturales, como TFIIIC, cohesina y condensina, jueguen un papel en el establecimiento de la estructura tridimensional de la cromatina y en el control de la transcripción en familias de genes clonales variantes. La investigación propuesta es de gran impacto e innovación ya que aportara conocimiento de las causas proximales de la variabilidad fenotípica y los mecanismos de control del desarrollo y adaptación del parásito tanto en el humano como en el mosquito. La propuesta es también multidisciplinar porque combina genómica, bioinformática y parasitología todo ello junto con un sistema experimental único que reproduce las condiciones de transmisión naturales de la malaria y el contexto natural del hospedador. El trabajo propuesto no tan solo contribuirá a una mejora del conocimiento básico de la regulación génica en Plasmodium, también es de una importancia critica para el desarrollo de estrategias mas efectivas y nuevas drogas y vacunas en la lucha contra la malaria.

Malaria is the most deadly vector-borne disease worldwide. It is caused by protozoan parasites of the genus Plasmodium that are transmitted by mosquitoes. In order to respond and adapt quickly during its two-host life-cycle, the malaria parasite has evolved an extensive degree of phenotypic plasticity. This adaptation ability is tightly linked to the variable expression of surface antigens. In recent years, a great deal of effort has been invested in studying epigenetics and mechanisms of gene regulation of Plasmodium in the human host. However, the role of epigenetic processes in other stages of the parasite life-cycle have been neglected. Here we propose to use a natural system involving the human malaria vector Anopheles gambiae and its parasite P. falciparum from a malaria endemic area in Africa, Burkina Faso. Our previous studies show that the passage through the mosquito alters the expression and epigenetic profiles at genes involved in malaria pathogenesis in humans. Importantly, the clonally variant var gene family which encode for the surface antigen PfEMP1, are also altered during the sporogonic cycle of the parasite in the mosquito. All var genes are silenced in the gametocyte blood stage prior infection. Upon mosquito infection, a single var gene is selected and expressed at high levels in the salivary glands sporozoite, which is the stage that is transmitted to humans. These results put the mosquito at the central stage for future malaria control interventions, however, the precise mechanism of regulation var gene expression and epigenetic memory still remains to be elucidated. Based on this data, this proposal aims to better understand the patterns and mechanisms driving phenotypic variation of P. falciparum development and adaptation in the mosquito, with a particular focus on the var genes.