Asexual expansion of Toxoplasma gondii merozoites is distinct from tachyzoites and entails expression of non-overlapping gene families to attach, invade, and replicate within feline enterocytes

Abstract

BackgroundThe apicomplexan parasite Toxoplasma gondii is cosmopolitan in nature, largely as a result of its highly flexible life cycle. Felids are its only definitive hosts and a wide range of mammals and birds serve as intermediate hosts. The latent bradyzoite stage is orally infectious in all warm-blooded vertebrates and establishes chronic, transmissible infections. When bradyzoites are ingested by felids, they transform into merozoites in enterocytes and expand asexually as part of their coccidian life cycle. In all other intermediate hosts, however, bradyzoites differentiate exclusively to tachyzoites, and disseminate extraintestinally to many cell types. Both merozoites and tachyzoites undergo rapid asexual population expansion, yet possess different effector fates with respect to the cells and tissues they develop in and the subsequent stages they differentiate into.ResultsTo determine whether merozoites utilize distinct suites of genes to attach, invade, and replicate within feline enterocytes, we performed comparative transcriptional profiling on purified tachyzoites and merozoites. We used high-throughput RNA-Seq to compare the merozoite and tachyzoite transcriptomes. 8323 genes were annotated with sequence reads across the two asexually replicating stages of the parasite life cycle. Metabolism was similar between the two replicating stages. However, significant stage-specific expression differences were measured, with 312 transcripts exclusive to merozoites versus 453 exclusive to tachyzoites. Genes coding for 177 predicted secreted proteins and 64 membrane- associated proteins were annotated as merozoite-specific. The vast majority of known dense-granule (GRA), microneme (MIC), and rhoptry (ROP) genes were not expressed in merozoites. In contrast, a large set of surface proteins (SRS) was expressed exclusively in merozoites.ConclusionsThe distinct expression profiles of merozoites and tachyzoites reveal significant additional complexity within the T. gondii life cycle, demonstrating that merozoites are distinct asexual dividing stages which are uniquely adapted to their niche and biological purpose.Electronic supplementary materialThe online version of this article (doi:10.1186/s12864-015-1225-x) contains supplementary material, which is available to authorized users.

Long-Term Relationships: the Complicated Interplay between the Host and the Developmental Stages of Toxoplasma gondii during Acute and Chronic Infections

“…The lack of a tissue culture model for studying the sexual development of T. gondii has caused a dearth in molecular analyses of the parasite. Recently, the application of RNA sequencing technology (RNA-seq) of infected feline tissues has allowed the first transcriptome analyses of the sexual stages (21). Further RNA-seq of infected feline epithelial cells as well as the development of a stable feline intestinal epithelial cell line will be necessary to address the many questions surrounding T. gondii sexual development.…”

IIdentificação e caracterização de proteínas de superfície da família SRS do Apicomplexa Neospora caninum

“…A partir destes resultados houve a percepção de que a superfície deste Apicomplexa era consideravelmente mais complexa do que se imaginava (JUNG et al, 2004;WASMUTH et al, 2012). A combinação deste estudo com outras pesquisas de sequências expressas em um banco de dados de Toxoplasma gondii (EST) (KISSINGER et al, 2003), revelou não só a presença de ortólogos SRS em outros gêneros coccidianos, incluindo Neospora e Sarcocystis (HOWE et al, 1998(HOWE et al, , 2008REID et al, 2012;WASMUTH et al, 2012), como também níveis de expressão relativa e distribuição dessas proteínas SRSs entre diferentes formas evolutivas de T. gondii HEHL et al, 2015). (HEHL et al, 2015).…”

“…A combinação deste estudo com outras pesquisas de sequências expressas em um banco de dados de Toxoplasma gondii (EST) (KISSINGER et al, 2003), revelou não só a presença de ortólogos SRS em outros gêneros coccidianos, incluindo Neospora e Sarcocystis (HOWE et al, 1998(HOWE et al, , 2008REID et al, 2012;WASMUTH et al, 2012), como também níveis de expressão relativa e distribuição dessas proteínas SRSs entre diferentes formas evolutivas de T. gondii HEHL et al, 2015). (HEHL et al, 2015). Embora a função precisa desta superfamília de proteínas de superfície ainda continue desconhecida, sabe-se que as proteínas SRS estão envolvidas na adesão a célula hospedeira, mas que também provocam reações imunes e regulam a virulência do parasita (HEHL et al, 2015).…”

“…(HEHL et al, 2015). Embora a função precisa desta superfamília de proteínas de superfície ainda continue desconhecida, sabe-se que as proteínas SRS estão envolvidas na adesão a célula hospedeira, mas que também provocam reações imunes e regulam a virulência do parasita (HEHL et al, 2015). Essas estratégias são promovidas com intuito de promover a formação de cistos teciduais nos hospedeiros intermediários e consequentemente estabelecer uma infecção latente e persistente que facilite a transmissão ao hospedeiro definitivo (HEHL et al, 2015).…”

“…Embora a função precisa desta superfamília de proteínas de superfície ainda continue desconhecida, sabe-se que as proteínas SRS estão envolvidas na adesão a célula hospedeira, mas que também provocam reações imunes e regulam a virulência do parasita (HEHL et al, 2015). Essas estratégias são promovidas com intuito de promover a formação de cistos teciduais nos hospedeiros intermediários e consequentemente estabelecer uma infecção latente e persistente que facilite a transmissão ao hospedeiro definitivo (HEHL et al, 2015). Análises tem mostrado que taquizoítas de T. gondii expressam diferencialmente um número de genes SRS , e que esta diferença de expressão tem sido postulada de acordo com a habilidade de seu estágio ao invadir uma ampla variedade de células hospedeiras em relação a outros coccídeos (REID et al, 2012 gondii GT1 e 91 genes com 67 pseudogenes na linhagem T. gondii VEG (REID et al, 2012;WASMUTH et al, 2012;BLAZEJEWSKI et al, 2015).…”