Caracterización del transcriptoma de par ásitos helmintos

1. Caracterización del transcriptoma de parásitos helmintos Cecilia Fernández

2. Biología básica • Identificación/desarrollo de productos control (drogas, vacunas) diagnóstico (Ag) Objetivos • Los parásitos no son organismos ‘modelos’ • Las especies relevantes son diversas Dificultades Desarrollos tecnológicos: secuenciación, (bio)informática Análisis del genoma Protozoarios Análisis del transcriptoma Helmintos • Estrategias “clásicas” Estudios genómicos en parásitos

3. Tomado de: ‘Molecular Biology of the Cell’ Alberts y col, 3a Ed, 1994 (Fig 7.24) • contienen UTRs 5’ y 3’ • incluyen información de ARNnc (que no codifican para proteínas) • no contienen intrones • frecuencia nivel de transcripción Clonas genómicas vs clonas de ADNc Tomado de: ‘Molecular Biology of the Cell’ Alberts y col, 3a Ed, 1994 (Fig 7.24)

4. Los helmintos son organismos que causan infecciones crónicas, con alta prevalencia en todo el mundo Importancia  Poseen genomas grandes (108 pb/102 Mb) Las especies relevantes son diversas Dificultades Estudios genómicos en parásitos helmintos Proyectos EST: Secuenciación sistemática de ADNc seleccionados al azar de genotecas de diferentes estadios • Nematodos ~ 550,000 ESTs (excl.C. el.) • Trematodos •Algunos cestodos Datos dbEST (NCBI), 11/09 Estrategia ~450,000 ESTs

5. ‘Genoma parcial’ del organismo Tomado de Parkinson y Blaxter (2004) Methods in Mol Biol270: 93-126 Ensamblaje (‘clustering’) y análisis de ESTs

6. Deuterostomados Lofotrocozoarios Protostomados Ecdisozoarios Anelids Tomado de Balavoine G. ‘Evolution and development of protostomes’ Los helmintos… Nematodos y Platelmintos (Cestodos y Trematodos) integran grupos distintos de metazoarios

7. Estudios genómicos en “helmintos” de vida libre (organismos modelos) Genomas de: ● Nematodo Caenorhabditis elegans (1997) - http://www.wormbase.org (Caenorhabditis spp. 4 especies adicionales) ● Platelminto - Turbelario Schmidtea mediterranea (2008) - http://smedgd.neuro.utah.edu

8. Estudios genómicos en parásitos helmintos Genomas de: ● Nematodos Brugia malayi y Meloidogyne spp. - 1a versión terminada y publicada (2007 y 2008) ● Platelmintos Trematodos Schistosoma mansoni y S. japonicum - 1a versión terminada y publicada (2009) Cestodos Echinococcus multilocularis y Taenia solium -en proceso de ensamblaje

9. Draft completed Tomado de Brindley et al. PLoS NTD, 2009 Estudios genómicos en parásitos helmintos

10. Estudios genómicos ennematodos http://www.nematode.net Ver también Martin et al (2009) NAR

11. NEMBASE: base de datos de ESTs de Nematodos http://www.nematodes.org Tomado de: Parkinson et al (2004) NAR 32: D427-D430

12. Genómica y/o transcriptómica de nematodos Filogenia (ARNr 18S) especies con proyecto EST (‘genoma parcial’) y/o proyecto genoma (*) Tomado de: Mitreva et al. Trends in Genetics 21(10): 573-81, 2005

13. Secuencias predichas de “genomas parciales” vs proteoma de C. elegans Tomado de: Parkinson y col. Nature Genetics 36(12): 1259-67, 2004

14. C. elegans Tomado de: Parkinson y col. Nature Genetics 36(12): 1259-67, 2004 ‘Espacio génico’ del phylumNematodos C. elegans: 20,000 genes (12,000 flías) 22,000 polipéptidos Otros: 30 especies (28 parásitos) ~ 93,000 “genes” (60,000 flías) (> 250,000 ESTs) •50% sin homólogos fuera del phylum Nematodos • 15% en todos los grupos de nematodos: la mayoría (90%) con homólogos fuera del phylum ~ 1,300 específicos de nematodos

15. Aunque poseen un plano corporal uniforme… • los nematodos son extraordinariamente diversos • el genoma de C. elegans representa una porción pequeña del espacio génico del phylum

16. Algunos genes identificados a partir de ESTs • poseen ortólogos fuera del phylum • no están presentes en el genoma de C. elegans • genes perdidos en la evolución del linaje de C. elegans • genes asociados con el parasitismo (?)

17. El complejo de genes Hox en la evolución de los nematodos Tomado de: Aboobaker y Blaxter, Current Biology 13: 37-40, 2003

18. Genes asociados con el parasitismo: ‘factores de virulencia’ adquiridos por transferencia horizontal Meloidogyne spp. (parásitos de las raíces de plantas) habrían adquirido 12 genes de bacterias del suelo por transferencia horizontal (HGT) Incongruencia entre las filogenias del gen y de la especie Varios genes habrían sido “donados” por rizobios (bacterias fijadoras de nitrógeno en nódulos en raíces de leguminosas) con los que estos nematodos comparten . el nicho . los mecanismos de interacción con la planta NodL: N-acetil transferasa que participa en la síntesis del factor Nod, glicolípido involucrado en el intercambio de señales entre la bacteria y la planta Tomado de: Mitreva et al. TIG 21(10): 573-81, 2005

19. Caracterización del transcriptoma de Ancylostoma caninum La comparación revela que: • el transcriptoma de los nematodos es diverso (tanto A. caninum como C. elegans integran el Clado V) •existirían genes “relacionados con el parasitismo” (A. caninum (Clado V) y B. malayi (Clado III) integran clados distintos) Tomado de: Wang y col. BMC Genomics 211:307, 2010

20. Análisis del transcriptoma de trematodos S. mansoni S. japonicum

21. El transcriptoma de S. mansoni Tomado de: Verjovski-Almeida et al . 2003

22. Assembled S. mansoni EST sequences http://bioinfo.iq.usp.br/schisto/ S. mansoni EST Genome Project

23. Genotecas enriquecidas en tipos particulares de ADNc •normalizadas y sustraídas enriquecidas en genes poco expresados [hasta 50% - 15,000 – 20,000 ARNm de célula somática típica] •de expresión diferencial enriquecidas en genes expresados diferencialmente ‘Otras estrategias’ / Desarrollos futuros Genotecas enriquecidas en ADNc completos Análisis del transcriptoma sin clonar (RNA Seq)

24. Desafíos de la era ‘post-genómica’... •interpretar el genoma (ADN) y el transcriptoma (ADNc derivados de genes expresados en distintos estadios) junto con estudios de las proteínas expresadas (proteoma) y vías metabólicas (metaboloma) de los organismos •comparar estos procesos fisiológicos con los de los hospederos para contribuir al desarrollo de nuevas estrategias de control de las parasitosis

25. Bibliografía • Brindley et al (2009) Helminth genomics: the implications for human health. PLoS NTD 3(10):e538 Una revisión actualizada a 2009 de los proyectos genoma y transcriptoma de helmintos patógenos del hombre. • Parkinson et al (2004) A transcriptomic analysis of the phylum Nematoda. Nat Genet 36(12):1259 Una estudio global del transcriptoma de 30 especies de nematodos, incluyendo 28 parásitos. • Mitreva et al (2005) Comparative genomics of nematodes. Trends in genetics 21(10): 573 Otra revisión que enfatiza la idea de diversidad molecular del Phylum; incluye las evidencias de adquisición de genes de bacterias fijadoras de nitrógeno por transferencia horizontal por parte de los nematodos de plantas. • Wang et al (2010) Characterizing Ancylostoma caninum transcriptome and nematode diversity. BMC Genomics 11:307 Caracterización muy completa del transcriptoma de un helminto, utilizando tanto estrategias de generación de ESTs “clásicas” como con las nuevas herramientas de secuenciación. • Verjovski-Almeida et al (2003) Transcriptome analysis of the acoelomate human parasite Schistosoma mansoni. Nat Genet 35(2):148 • Hu et al (2003) Evolutionary and biomedical implications of a Schistosoma japonicum complementary DNA resource. Nat Genet 35(2):139 Artículos que describen análisis exhaustivos del transcriptoma de dos especies de Schistosoma, ambas patógenas del hombre. • Parkinson & Blaxter (2004) Expressed sequence tags: analysis and annotation. Methods Mol Biol 270: 93 Capítulo de un volumen de protocolos experimentales que describe una plataforma de herramientas para el análisis de ESTs.