Unusually for a eukaryote, genes transcribed by RNA polymerase II (pol II) in Trypanosoma brucei are arranged in polycistronic transcription units. With one exception, no pol II promoter motifs have been identified, and how transcription is initiated remains an enigma. T. brucei has four histone variants: H2AZ, H2BV, H3V, and H4V. Using chromatin immunoprecipitation (ChIP) and sequencing (ChIP-seq) to examine the genome-wide distribution of chromatin components, we show that histones H4K10ac, H2AZ, H2BV, and the bromodomain factor BDF3 are enriched up to 300-fold at probable pol II transcription start sites (TSSs). We also show that nucleosomes containing H2AZ and H2BV are less stable than canonical nucleosomes. Our analysis also identifies >60 unexpected TSS candidates and reveals the presence of long guanine runs at probable TSSs. Apparently unique to trypanosomes, additional histone variants H3V and H4V are enriched at probable pol II transcription termination sites. Our findings suggest that histone modifications and histone variants play crucial roles in transcription initiation and termination in trypanosomes and that destabilization of nucleosomes by histone variants is an evolutionarily ancient and general mechanism of transcription initiation, demonstrated in an organism in which general pol II transcription factors have been elusive.

Trypanosoma brucei is an extracellular parasite that causes sleeping sickness. In mammalian hosts, trypanosomes are thought to exist in two major niches: early in infection, they populate the blood; later, they breach the blood-brain barrier. Working with a well-established mouse model, we discovered that adipose tissue constitutes a third major reservoir for T. brucei. Parasites from adipose tissue, here termed adipose tissue forms (ATFs), can replicate and were capable of infecting a naive animal. ATFs were transcriptionally distinct from bloodstream forms, and the genes upregulated included putative fatty acid β-oxidation enzymes. Consistent with this, ATFs were able to utilize exogenous myristate and form β-oxidation intermediates, suggesting that ATF parasites can use fatty acids as an external carbon source. These findings identify the adipose tissue as a niche for T. brucei during its mammalian life cycle and could potentially explain the weight loss associated with sleeping sickness.

Subtelomeric regions are often under-represented in genome sequences of eukaryotes. One of the best known examples of the use of telomere proximity for adaptive purposes are the bloodstream expression sites (BESs) of the African trypanosome Trypanosoma brucei. To enhance our understanding of BES structure and function in host adaptation and immune evasion, the BES repertoire from the Lister 427 strain of T. brucei were independently tagged and sequenced. BESs are polymorphic in size and structure but reveal a surprisingly conserved architecture in the context of extensive recombination. Very small BESs do exist and many functioning BESs do not contain the full complement of expression site associated genes (ESAGs). The consequences of duplicated or missing ESAGs, including ESAG9, a newly named ESAG12, and additional variant surface glycoprotein genes (VSGs) were evaluated by functional assays after BESs were tagged with a drug-resistance gene. Phylogenetic analysis of constituent ESAG families suggests that BESs are sequence mosaics and that extensive recombination has shaped the evolution of the BES repertoire. This work opens important perspectives in understanding the molecular mechanisms of antigenic variation, a widely used strategy for immune evasion in pathogens, and telomere biology.

Trypanosoma brucei causes African sleeping sickness, a fatal human disease. Its differentiation from replicative slender form into quiescent stumpy form promotes host survival and parasite transmission. Long noncoding RNAs (lncRNAs) are known to regulate cell differentiation. To determine whether lncRNAs are involved in parasite differentiation we used RNAseq to survey the T. brucei lncRNA gene repertoire, identifying 1,428 previously uncharacterized lncRNA genes. We analysed grumpy , a lncRNA located immediately upstream of an RNA-binding protein that is a key differentiation regulator. Grumpy over-expression resulted in premature parasite differentiation into the quiescent stumpy form, and subsequent impairment of in vivo infection, decreasing parasite load in the mammalian host, and increasing host survival. Our analyses suggest Grumpy is one of many lncRNA that modulate parasite-host interactions, and lncRNA roles in cell differentiation are probably commonplace in T. brucei .

Abstract The protozoan parasite Trypanosoma brucei evades clearance by the host immune system through antigenic variation of its dense variant surface glycoprotein (VSG) coat, periodically “switching” expression of the VSG using a large genomic repertoire of VSG-encoding genes 1–6 . Studies of antigenic variation in vivo have focused near exclusively on parasites in the bloodstream 5,7,8 , but recent work has shown that many, if not most, parasites reside in the interstitial spaces of tissues 9–13 . We sought to explore the dynamics of antigenic variation in extravascular parasite populations using VSG-seq 7 , a high-throughput sequencing approach for profiling VSGs expressed in populations of T. brucei . Here we show that tissues, not the blood, are the primary reservoir of antigenic diversity during T. brucei infection, with more than 85% of VSGs found exclusively within extravascular spaces. We found that this increased diversity is correlated to slower parasite clearance in tissue spaces. Together, these data support a model in which the slower immune response in extravascular spaces provides more time to generate the antigenic diversity needed to maintain a chronic infection. Our findings reveal the important role that extravascular spaces can play in pathogen diversification.

Abstract Trypanosoma brucei , an etiological agent of African trypanosomiasis, colonizes the interstitial spaces of the adipose tissue in disproportionately high numbers, inducing a robust local immune response. Loss of body weight, including loss of adipose mass, is a hallmark symptom of African trypanosomiasis. Nevertheless, it is unclear which molecular mechanisms drive this loss of adipose mass and in turn whether it contributes to pathology. Here we show that lipolysis is activated early in infection in adipose tissue of T. brucei- infected mice. This activation is dependent on immune activation, as mice deficient for both B and T lymphocytes failed to upregulated adipocyte lipolysis upon infection and retained higher fat mass. Genetic ablation of the rate limiting adipose triglyceride lipase specifically from adipocytes in mice ( Adipoq Cre/+ -Atgl fl/fl ) prevented the upregulation of adipocyte lipolysis during infection, leading to reduced loss of fat mass and adipocyte volume. Surprisingly infected Adipoq Cre/+ -Atgl fl/fl mice succumbed earlier to infection and presented a higher parasite burden in the gonadal adipose tissue, indicating that lipolysis limits the growth of the parasite population. Collectively, this work provides molecular mechanistic insight into the loss of fat mass in African trypanosomiasis and identifies adipocyte lipolysis as a host-protective mechanism during a T. brucei infection.

Summary Trypanosoma brucei is responsible for lethal diseases in humans and cattle in Sub-Saharan Africa. These extracellular parasites extravasate from the blood circulation into several tissues. The importance of the vasculature in tissue tropism is poorly understood. Using intravital imaging and bioluminescence, we found that gonadal white adipose tissue and pancreas are the two main parasite reservoirs. We show that reservoir establishment happens before vascular permeability is compromised, suggesting that extravasation is an active mechanism. Blocking endothelial surface adhesion molecules (E-selectin, P-selectins, or ICAM2) significantly reduced extravascular parasite load in all organs and delayed host lethality. Remarkably, blocking CD36 had a specific effect on adipose tissue tropism that was sufficient to delay lethality, suggesting that establishment of the adipose tissue reservoir is necessary for parasite virulence. This works demonstrates the importance of the vasculature in a T. brucei infection and identifies organ-specific adhesion molecules as key players for tissue tropism.

Abstract N6-methyladenosine (m 6 A) is a mRNA modification with important roles in gene expression. In African trypanosomes, this post-transcriptional modification is detected in hundreds of transcripts and it affects the stability of the variant surface glycoprotein (VSG) transcript in the proliferating blood stream form. However, how m6A landscape varies across the life cycle remains poorly defined. Using full-length, non-fragmented RNA, we immunoprecipitated and sequenced m 6 A-modified transcripts across three life cycle stages of Trypanosoma brucei – slender (proliferative), stumpy (quiescent), and procyclic forms (proliferative). We found that 1037 transcripts are methylated in at least one of these three life cycle stages. While 21% of methylated transcripts are common in the three stages of the life cycle, globally each stage has a distinct methylome. Interestingly, 47% of methylated transcripts are detected in the quiescent stumpy form only, suggesting a critical role for m 6 A when parasites exit the cell cycle and prepare for transmission by the Tsetse fly. In this stage, we found that a significant proportion of methylated transcripts encodes for proteins involved in RNA metabolism, which is consistent with their reduced transcription and translation. Moreover, we found that not all major surface proteins are regulated by m 6 A, as procyclins are not methylated, and that, within the VSG repertoire, not all VSG transcripts are demethylated upon parasite differentiation to procyclic form. This study reveals that the m 6 A regulatory landscape is specific to each life cycle stage, becoming more pervasive as T. brucei exits the cell cycle. Summary African trypanosome parasites adapt to mammalian and insect hosts by adjusting gene expression, morphology, and metabolism. In this study, we focus on how N6-methyladenosine (m 6 A), a post-transcriptional modification, affects the parasite’s transcriptome throughout its differentiation from the mammalian host to the fly. We found that methylation is differentially regulated as the life cycle progresses, being particularly prevalent in the non-proliferative stumpy form, as more methylated transcripts are found at this insect-infective stage than in slender and procyclic forms. We further show that the not all parasite surface proteins are regulated by m 6 A and that the previously identified link between m 6 A methylation and the expression level of the major surface protein of bloodstream forms applies to the active variant surface glycoprotein, but not always to silent genes, suggesting two distinct regulatory mechanisms of (de)methylation.

Abstract Phospholipases are esterases involved in lipid catabolism. In pathogenic micro-organisms (bacteria, fungi, parasites) they often play a critical role in virulence and pathogenicity. A few phospholipases (PL) have been characterised so far at the gene and protein level in unicellular parasites including African trypanosomes (AT). They could play a role in different processes such as host-pathogen interaction, antigenic variation, intermediary metabolism. By mining the genome database of AT we found putative new phospholipase candidate genes and here we provided biochemical evidence that one of these has lypolytic activity. This protein has a unique non-canonical glycosome targeting signal responsible for its dual localisation in the cytosol and the peroxysomes-related organelles named glycosomes. We also show that this new phospholipase is excreted by these pathogens and that antibodies directed against this protein are generated during an experimental infection with T. brucei gambiense , a subspecies responsible for infection in humans. This feature makes this protein a possible tool for diagnosis.