African trypanosomes are vector-borne haemoparasites that cause African trypanosomiasis in humans and animals. Parasite survival in the bloodstream depends on immune evasion, achieved by antigenic variation of the Variant Surface Glycoprotein (VSG) coating the trypanosome cell surface. Recombination, or rather directed gene conversion, is fundamental in Trypanosoma brucei , as both a mechanism of VSG gene switching and of generating antigenic diversity during infections. Trypanosoma vivax is a related, livestock pathogen also displaying antigenic variation, but whose VSG lack key structures necessary for gene conversion in T. brucei . Thus, this study tests a long-standing prediction that T. vivax has a more restricted antigenic repertoire. Here we show that global VSG repertoire is broadly conserved across diverse T. vivax clinical strains. We use sequence mapping, coalescent approaches and experimental infections to show that recombination plays little, if any, role in diversifying T. vivax VSG sequences. These results explain interspecific differences in disease, such as propensity for self-cure, and indicate that either T. vivax has an alternate mechanism for immune evasion or else a distinct transmission strategy that reduces its reliance on long-term persistence. The lack of recombination driving antigenic diversity in T. vivax has immediate consequences for both the current mechanistic model of antigenic variation in African trypanosomes and species differences in virulence and transmission strategy, requiring us to reconsider the wider epidemiology of animal African trypanosomiasis.

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.

Multiple blood-borne pathogens infecting mammals establish close interactions with the host vascular endothelium as part of their life cycles. In this work, we investigate differences in the interactions of three Trypanosoma species: T. brucei, T. congolense and T. vivax with the blood vasculature. Infection with these species results in vastly different pathologies, including different effects on vascular homeostasis, such as changes in vascular permeability and microhemorrhages. While all three species are extracellular parasites, T. congolense is strictly intravascular, while T. brucei is capable of surviving both extra- and intravascularly. Our knowledge regarding T. vivax tropism and its capacity of migration across the vascular endothelium is unknown. In this work, we show for the first time that T. vivax parasites sequester to the vascular endothelium of most organs, and that, like T. congolense, T. vivax Y486 is largely incapable of extravasation. Infection with this parasite species results in a unique effect on vascular endothelium receptors including general downregulation of ICAM1 and ESAM, and upregulation of VCAM1, CD36 and E-selectin. Our findings on the differences between the two sequestering species (T. congolense and T. vivax) and the non-sequestering, but extravasating, T. brucei raise important questions on the relevance of sequestration to the parasite9s survival in the mammalian host, and the evolutionary relevance of both sequestration and extravasation.

Background: Analysing variant antigen gene families on a population scale is a difficult challenge for conventional methods of read mapping and variant calling due to the great variability in sequence, copy number and genomic loci. In African trypanosomes, hemoparasites of humans and animals, this is complicated by variant antigen repertoires containing hundreds of genes subject to various degrees of sequence recombination. Findings: We introduce Variant Antigen Profiler (VAPPER), a tool that allows automated analysis of variant antigen repertoires of African trypanosomes. VAPPER produces variant antigen profiles for any isolate of the veterinary pathogens Trypanosoma congolense and Trypanosoma vivax from genomic and transcriptomic sequencing data and delivers publication-ready figures that show how the queried isolate compares with a database of existing strains. VAPPER is implemented in Python. It can be installed to a local Galaxy instance from the ToolShed (https://toolshed.g2.bx.psu.edu/) or locally on a Linux platform via the command line (https://github.com/PGB-LIV/VAPPER). The documentation, requirements, examples, and test data are provided in the Github repository. Conclusion: Our approach is the first to allow large-scale analysis of trypanosome variant antigens and establishes two different methodologies that may be applicable to other multi-copy gene families that are otherwise refractory to high-throughput analysis.