Abstract Histone variants play a crucial role in chromatin structure organization and gene expression. Trypanosomatids have an unusual H2B variant (H2B.V) that is known to dimerize with the variant H2A.Z generating unstable nucleosomes. Previously, we found that H2B.V protein is enriched in nonreplicative life forms of Trypanosoma cruzi, suggesting that this variant may contribute to the differences in chromatin structure and global transcription rates observed among parasite life forms. Here, we performed the first genome-wide profiling of histone localization in T. cruzi using replicative and nonreplicative life forms, and we found that H2B.V was preferentially located at the edges of divergent switch regions, which encompass putative transcriptional start regions; at some tDNA loci; and between the conserved and disrupted genome compartments, mainly at trans-sialidase, mucin and MASP genes. Remarkably, the chromatin of nonreplicative forms was depleted of H2B.V-enriched peaks in comparison to replicative forms. Interactome assays indicated that H2B.V associated specifically with H2A.Z, bromodomain factor 2, nucleolar proteins and a histone chaperone, among others. Parasites expressing reduced H2B.V levels were associated with higher rates of parasite differentiation and mammalian cell infectivity. Taken together, H2B.V demarcates critical genomic regions and associates with regulatory chromatin proteins, suggesting a scenario wherein local chromatin structures associated with parasite differentiation and invasion are regulated during the parasite life cycle. Author Summary Trypanosomatids have to adapt to different environmental conditions, changing their morphology, gene expression and metabolism. These organisms have many unique features in terms of gene expression regulation. The genomic organization includes polycistronic regions with the absence of well-defined transcription start sites. In T. brucei , histone variants mark the start and ending sites of transcription; however, little is known about whether these proteins change their genome location, expression levels and interactors along life forms and what the impact is of these changes on parasite differentiation and infection. In T. cruzi, the causative agent of Chagas disease, we previously found that the histone variant of H2B is enriched in nonreplicative and infective forms, suggesting that this variant may contribute to the differences in chromatin structure and global transcription rates observed among these life forms. Here, we aimed to go one step further and performed the first histone ChIP-seq analysis in T. cruzi , in which we found that H2B.V was enriched at divergent strand switch regions, some tDNA loci and other critical genomic regions associated with T. cruzi genome compartments. We found that H2B.V interacts with a bromodomain factor, suggesting an intricate network involving chromatin acetylation around H2B.V enriched sites. Moreover, parasites expressing reduced H2B.V levels were associated with higher rates of differentiation and mammalian cell infectivity.

Abstract Trypanosomatids are eukaryotic parasites exhibiting polycistronic transcription and trans-splicing. Post-transcriptional mechanisms are acknowledged as pivotal in gene expression regulation of their protein-coding genes. To comprehensively investigate the impact of transcription on gene expression in Trypanosoma cruzi and the association with the epigenetic landscape, we conducted a genome-wide nascent transcriptomic analysis. Our findings reveal significant asymmetrical transcriptional abundance across the genome, notably between polycistronic transcription units (PTUs) enriched in conserved genes (core PTUs) and those containing virulence genes (disruptive PTUs). We found that trypanosomes exploit linear genome organization to regulate transcription abundance by embedding virulence genes into highly transcribed core-enriched PTUs, by positioning PTUs near non-coding regions of small non-coding RNAs (e.g., tRNAs, snoRNAs), and by placing core CDSs in PTUs of various sizes. Additionally, we found correlations between open chromatin status and nascent transcript levels, both globally and particularly at transcription starting regions (divergent strand switch regions - dSSRs), indicating a crucial role for chromatin architecture in transcriptional regulation. While both core and disruptive dSSRs exhibit similar levels of some epigenetic marks (H2B.V deposition and 5mC), disruptive dSSRs display significantly higher 5hmC content and nucleosome occupancy compared to core dSSRs. Furthermore, we identified distinct conserved motifs within dSSRs of core and disruptive PTUs. These findings challenge the notion of constitutive and uniform transcription in T. cruzi , underscoring the paramount importance of linear genome organization, cis-acting motifs, and chromatin landscape in transcriptional regulation.

Abstract Background Genomic organization and gene expression regulation in trypanosomes are remarkable because protein-coding genes are organized into codirectional gene clusters with unrelated functions. Moreover, there is no dedicated promoter for each gene, resulting in polycistronic gene transcription, with posttranscriptional control playing a major role. Nonetheless, these parasites harbor epigenetic modifications at critical regulatory genome features that dynamically change among parasite stages, which are not fully understood. Results Here, we investigated the impact of chromatin changes in a scenario commanded by posttranscriptional control exploring the parasite Trypanosoma cruzi and its differentiation program using genome-wide approaches supported by transmission electron microscopy. The integration of FAIRE and MNase-seq data, two complementary epigenomic approaches, enabled us to identify differences in T. cruzi genome compartments, putative transcriptional start regions and virulence factors. In addition, we also detected developmental chromatin regulation at tRNA loci (tDNA), which seems to be linked to the translation regulatory mechanism required for parasite differentiation. Strikingly, a positive correlation was observed between active chromatin and steady-state transcription levels. Conclusion Taken together, our results indicate that chromatin changes reflect the unusual gene expression regulation of trypanosomes and the differences among parasite developmental stages, even in the context of a lack of canonical transcriptional control of protein-coding genes.