TriTrypDB (http://tritrypdb.org) is an integrated database providing access to genome-scale datasets for kinetoplastid parasites, and supporting a variety of complex queries driven by research and development needs. TriTrypDB is a collaborative project, utilizing the GUS/WDK computational infrastructure developed by the Eukaryotic Pathogen Bioinformatics Resource Center (EuPathDB.org) to integrate genome annotation and analyses from GeneDB and elsewhere with a wide variety of functional genomics datasets made available by members of the global research community, often pre-publication. Currently, TriTrypDB integrates datasets from Leishmania braziliensis, L. infantum, L. major, L. tarentolae, Trypanosoma brucei and T. cruzi. Users may examine individual genes or chromosomal spans in their genomic context, including syntenic alignments with other kinetoplastid organisms. Data within TriTrypDB can be interrogated utilizing a sophisticated search strategy system that enables a user to construct complex queries combining multiple data types. All search strategies are stored, allowing future access and integrated searches. ‘User Comments’ may be added to any gene page, enhancing available annotation; such comments become immediately searchable via the text search, and are forwarded to curators for incorporation into the reference annotation when appropriate.

Leishmania parasites cause a broad spectrum of clinical disease. Here we report the sequencing of the genomes of two species of Leishmania: Leishmania infantum and Leishmania braziliensis. The comparison of these sequences with the published genome of Leishmania major reveals marked conservation of synteny and identifies only approximately 200 genes with a differential distribution between the three species. L. braziliensis, contrary to Leishmania species examined so far, possesses components of a putative RNA-mediated interference pathway, telomere-associated transposable elements and spliced leader-associated SLACS retrotransposons. We show that pseudogene formation and gene loss are the principal forces shaping the different genomes. Genes that are differentially distributed between the species encode proteins implicated in host-pathogen interactions and parasite survival in the macrophage.

Leishmania parasites cause a spectrum of clinical pathology in humans ranging from disfiguring cutaneous lesions to fatal visceral leishmaniasis. We have generated a reference genome for Leishmania mexicana and refined the reference genomes for Leishmania major , Leishmania infantum , and Leishmania braziliensis . This has allowed the identification of a remarkably low number of genes or paralog groups (2, 14, 19, and 67, respectively) unique to one species. These were found to be conserved in additional isolates of the same species. We have predicted allelic variation and find that in these isolates, L. major and L. infantum have a surprisingly low number of predicted heterozygous SNPs compared with L. braziliensis and L. mexicana . We used short read coverage to infer ploidy and gene copy numbers, identifying large copy number variations between species, with 200 tandem gene arrays in L. major and 132 in L. mexicana . Chromosome copy number also varied significantly between species, with nine supernumerary chromosomes in L. infantum , four in L. mexicana , two in L. braziliensis , and one in L. major . A significant bias against gene arrays on supernumerary chromosomes was shown to exist, indicating that duplication events occur more frequently on disomic chromosomes. Taken together, our data demonstrate that there is little variation in unique gene content across Leishmania species, but large-scale genetic heterogeneity can result through gene amplification on disomic chromosomes and variation in chromosome number. Increased gene copy number due to chromosome amplification may contribute to alterations in gene expression in response to environmental conditions in the host, providing a genetic basis for disease tropism.

Abstract Adenovirus is a common human pathogen that relies on host cell processes for production and processing of viral RNA. Although adenoviral promoters, splice junctions, and cleavage and polyadenylation sites have been characterized using low-throughput biochemical techniques or short read cDNA-based sequencing, these technologies do not fully capture the complexity of the adenoviral transcriptome. By combining Illumina short-read and nanopore long-read direct RNA sequencing approaches, we mapped transcription start sites and cleavage and polyadenylation sites across the adenovirus genome. The canonical viral early and late RNA cassettes were confirmed, but analysis of splice junctions within long RNA reads revealed an additional 20 novel viral transcripts. These RNAs include seven new splice junctions which lead to expression of canonical open reading frames (ORF), as well as 13 transcripts encoding for messages that potentially alter protein functions through truncations or the fusion of canonical ORFs. In addition, we also detect RNAs that bypass canonical cleavage sites and generate potential chimeric proteins by linking separate gene transcription units. Our work highlights how long-read sequencing technologies can reveal further complexity within viral transcriptomes.

Abstract HSV1 encodes an endoribonuclease termed v irion h ost s hutoff (vhs) that is produced late in infection and packaged into virions. Paradoxically, vhs is active against not only host but also virus transcripts, and is involved in host shutoff and the temporal expression of the virus transcriptome. Two other virus proteins - VP22 and VP16 – are proposed to regulate vhs to prevent uncontrolled and lethal mRNA degradation but their mechanism of action is unknown. We have performed dual transcriptomic analysis and single-cell mRNA FISH of human fibroblasts, a cell type where in the absence of VP22, HSV1 infection results in extreme translational shutoff. In Wt infection, host mRNAs exhibited a wide range of susceptibility to vhs ranging from resistance to 1000-fold reduction, a variation that was independent of their relative abundance or transcription rate. However, vhs endoribonuclease activity was not found to be overactive against any of the cell transcriptome in Δ22-infected cells but rather was delayed, while its activity against the virus transcriptome and in particular late mRNA was minimally enhanced. Intriguingly, immediate-early and early transcripts exhibited vhs-dependent nuclear retention later in Wt infection but late transcripts were cytoplasmic. However, in the absence of VP22, not only early but also late transcripts were retained in the nucleus, a characteristic that extended to cellular transcripts that were not efficiently degraded by vhs. Moreover, the ability of VP22 to bind VP16 enhanced but was not fundamental to the rescue of vhs-induced nuclear retention of late transcripts. Hence, translational shutoff in HSV1 infection is primarily a result of vhs-induced nuclear retention and not degradation of infected cell mRNA. We have therefore revealed a new mechanism whereby vhs and its co-factors including VP22 elicit a temporal and spatial regulation of the infected cell transcriptome, thus co-ordinating efficient late protein production. Author Summary Herpesviruses are large DNA viruses that replicate in the nucleus and express their genes by exploiting host cell mRNA biogenesis mechanisms including transcription, nuclear export, translation and turnover. As such, these viruses express multiple factors that enable the appropriation of cellular pathways for optimal virus production, and work in concert to shut off host gene expression and to overexpress virus genes in a well-described cascade that occurs in a temporal pattern of immediate-early, early and late proteins. We have analysed global and single cell changes in the host and virus transcriptome to uncover a novel mechanism by which the viral endoribonuclease, termed vhs, turns off early virus gene expression. This is achieved through the vhs-induced nuclear retention of the entire infected cell transcriptome at the onset of late gene expression. To enable the switch from early to late protein production the virus then requires a second factor called VP22 to specifically inhibit the nuclear retention of late transcripts allowing their translation in the cytoplasm. In this way, HSV1 elicits a temporal and spatial regulation of the infected cell transcriptome to co-ordinate efficient late protein production, a process that may be relevant to herpesviruses in general.

Abstract During primary infection, varicella zoster virus (VZV) infects epithelial cells in the respiratory lymphoid organs and mucosa. Subsequent infection of lymphocytes, T cells in particular, causes primary viremia allowing systemic spread throughout the host, including the skin. This results in the expression of cytokines, including interferons (IFNs) which partly limit primary infection. VZV also spreads from skin keratinocytes to lymphocytes prior to secondary viremia. How VZV infects lymphocytes from epithelial cells while evading the cytokine response has not been fully established. Here, we show that VZV glycoprotein C (gC) binds IFN-γ and modifies its activity. Transcriptomic analysis revealed that gC in combination with IFN-γ increased the expression of a small subset of IFN-stimulated genes (ISGs), including intercellular adhesion molecule 1 ( ICAM1 ), as well as several chemokines and immunomodulatory genes. The higher ICAM1 protein level at the plasma membrane of epithelial cells resulted in lymphocyte function-associated antigen 1 (LFA-1)-dependent T cell adhesion. This gC activity required a stable interaction with IFN-γ and signalling through the IFN-γ receptor. Finally, the presence of gC during infection increased VZV spread from epithelial cells to peripheral blood mononuclear cells. This constitutes the discovery of a novel strategy to modulate the activity of IFN-γ, inducing the expression of a subset of ISGs, leading to enhanced T cell adhesion and virus spread.

Summary Varicella-zoster virus (VZV) establishes lifelong neuronal latency in most humans world-wide, reactivating in one-third to cause herpes zoster and occasionally chronic pain. How VZV establishes, maintains and reactivates from latency is largely unknown. Latent VZV gene expression is restricted to VZV latency-associated transcript (VLT) and open reading frame 63 (ORF63) in naturally VZV-infected human trigeminal ganglia (TG). Notably, these transcript levels positively correlated suggesting co-regulated transcription during latency. Here, we used direct RNA-sequencing to identify fusion transcripts that combine VLT and ORF63 loci (VLT-ORF63) and are expressed during both lytic and latent VZV infections. Furthermore, real-time PCR, RNA in situ hybridization and 5’ rapid amplification of cDNA ends (RACE) all confirmed VLT-ORF63, but not canonical ORF63, expression in human TG. During lytic infection, one of the two major VLT-ORF63 isoforms encodes a novel fusion protein combining VLT and ORF63 proteins (pVLT-ORF63). In vitro , VLT is transcribed in latently VZV-infected human sensory neurons, whereas VLT-ORF63 expression is induced by reactivation stimuli. Moreover, the pVLT-ORF63-encoding VLT-ORF63 isoform induced transcription of lytic VZV genes. Collectively, our findings show that VZV expresses a unique set of VLT-ORF63 transcripts, potentially involved in the transition from latency to lytic VZV infection.

Abstract Understanding the molecular mechanism of herpes simplex virus type 1 (HSV-1) latent infection and reactivation in neurons requires the use of model systems. However, establishing a quiescent infection in cultured neurons is problematic as infectious virus released from any productively infected neuron can superinfect the cultures. Here, we describe a new reporter virus, HSV-1 Stayput-GFP, that is defective for cell-to-cell spread and can be used to model latency and reactivation at the single neuron level. Importantly, quiescent infection of neurons with Stayput-GFP can be established without the use of a viral DNA replication inhibitor. The establishment of a quiescent state requires a longer time frame than previous models of HSV latency using DNA replication inhibitors. This results in a decreased ability of the virus to reactivate, and the use of multiple reactivation triggers is required. Using this system, we demonstrate that an initial Phase I wave of lytic gene expression occurs independently of histone demethylase activity and viral DNA replication but is dependent on the neuronal cell stress protein, DLK. Progression into the later, Phase II wave of reactivation, characterized by detectable late viral protein synthesis and a requirement for histone demethylase activity, is also observed with the Stayput-GFP model system. These data demonstrate that the two waves of viral gene expression following HSV-1 reactivation are independent of secondary infection and occur when latent infections are established in the absence of a viral DNA replication inhibitor. Importance Herpes simplex virus-1 (HSV-1) enters a latent infection in neurons and periodically reactivates. Reactivation manifests as a variety of clinical symptoms. Studying latency and reactivation in vitro is invaluable, allowing the molecular mechanisms behind both processes to be targeted by therapeutics that reduce the clinical consequences. Here, we describe a novel in vitro model system using a cell-to-cell spread defective HSV-1, known as Stayput-GFP, which allows for the study of latency and reactivation at the single neuron level. We anticipate this new model system will be an incredibly valuable tool for studying the establishment and reactivation of HSV-1 latent infection in vitro . Using this model, we find that initial reactivation events are dependent on cellular stress kinase DLK, but independent of histone demethylase activity and viral DNA replication. Our data therefore demonstrate the essential role of DLK in mediating a wave of lytic gene expression unique to reactivation.

Viral genomes exhibit a higher gene density and more diversified transcriptome than the host cell. Coding potential is maximized through the use of multiple reading frames, placement of genes on opposing strands, inefficient or modified use of termination signals, and the deployment of complex alternative splicing patterns. As a consequence, detailed characterization of viral transcriptomes by conventional methods can be challenging. Full length native RNA sequencing (nRNA-seq) using nanopore arrays offers an exciting alternative. Individual transcripts are sequenced directly, without the biases inherent to the recoding or amplification steps included in other sequencing methodologies. nRNA-seq simplifies the detection of variation brought about by RNA splicing, use of alternative transcription initiation and termination sites, and other RNA modifications. Here we use nRNA-seq to profile the herpes simplex virus type 1 transcriptome during early and late stages of productive infection of primary cells. We demonstrate the effectiveness of the approach and identify a novel class of intergenic transcripts, including an mRNA that accumulates late in infection that codes for a novel fusion of the viral E3 ubiquitin ligase ICP0 and viral membrane glycoprotein L.

β-L-1-[5-(E-2-bromovinyl)-2-(hydroxymethyl)-1,3-(dioxolan-4-yl)] uracil (L-BHDU) prevents varicella-zoster virus (VZV) replication in cultured cells and in vivo. Its mechanism of action was investigated by evaluating its activity against related herpesviruses and by analyzing resistant VZV strains. L-BHDU was effective against herpes simplex virus type 1 (HSV-1) with an EC50 of 0.22 μM in human foreskin fibroblast (HFF) cells. L-BHDU also inhibited HSV-2 and simian varicella virus (SVV) to a lesser extent. VZV mutants resistant to L-BHDU and other antiviral compounds were obtained by serial passage of the wild type VZV pOka and VZV Ellen strains in the presence of increasing drug concentrations. VZV strains resistant to L-BHDU (L-BHDUR) were cross-resistant to acyclovir (ACV) and brivudin (BVdU) but not to foscarnet (PFA) and cidofovir (CDV). Conversely, ACV-resistant strains were also resistant to L-BHDU. Whole genome sequencing of L-BHDUR strains identified mutations in ATP-binding (G22R) and nucleoside binding (R130Q) domains of VZV thymidine kinase (TK). The wild type and mutant forms of VZV TK were cloned as GST fusion proteins and expressed in E. coli. The partially purified TKG22R-GST and TKR130Q- GST proteins failed to convert thymidine to thymidine monophosphate whereas the wild type TK-GST protein was enzymatically active. Similarly, L-BHDUR virus TK did not phosphorylate the drug. As expected, wild type VZV converted L-BHDU to L-BHDU monophosphate and diphosphate forms. In conclusion, L-BHDU effectiveness against VZV and HSV-1 depends on thymidine kinase activity.