Abstract Mass treatment with praziquantel (PZQ) monotherapy is the mainstay for schistosomiasis treatment. This drug shows imperfect cure rates in the field and parasites showing reduced PZQ response can be selected in the laboratory, but the extent of resistance in Schistosoma mansoni populations is unknown. We examined the genetic basis of variation in PZQ response in a S. mansoni population (SmLE-PZQ-R) selected with PZQ in the laboratory: 35% of these worms survive high dose (73 µg/mL) PZQ treatment. We used genome wide association to map loci underlying PZQ response. The major chr. 3 peak contains a transient receptor potential ( Sm.TRPM PZQ ) channel (Smp_246790), activated by nanomolar concentrations of PZQ. PZQ response shows recessive inheritance and marker-assisted selection of parasites at a single Sm.TRPM PZQ SNP enriched populations of PZQ-resistant (PZQ-ER) and sensitive (PZQ-ES) parasites showing >377 fold difference in PZQ response. The PZQ-ER parasites survived treatment in rodents better than PZQ-ES. Resistant parasites show 2.25-fold lower expression of Sm.TRPM PZQ than sensitive parasites. Specific chemical blockers of Sm.TRPM PZQ enhanced PZQ resistance, while Sm.TRPM PZQ activators increased sensitivity. A single SNP in Sm.TRPM PZQ differentiated PZQ-ER and PZQ-ES lines, but mutagenesis showed this was not involved in PZQ-response, suggesting linked regulatory changes. We surveyed Sm.TRPM PZQ sequence variation in 259 parasites from the New and Old World revealing one nonsense mutation that results in a truncated protein with no PZQ-binding site. Our results demonstrate that Sm.TRPM PZQ underlies variation in PZQ response in S. mansoni and provides an approach for monitoring emerging PZQ-resistance alleles in schistosome elimination programs. One Sentence Summary A transient receptor potential channel determines variation in praziquantel-response in Schistosoma mansoni .

ABSTRACT Do mutations required for adaptation occur de novo , or are they segregating within populations as standing genetic variation? This question is key to understanding adaptive change in nature, and has important practical consequences for the evolution of drug resistance. We provide evidence that alleles conferring resistance to oxamniquine (OXA), an antischistosomal drug, are widespread in natural parasite populations under minimal drug pressure and predate OXA deployment. OXA has been used since the 1970s to treat Schistosoma mansoni infections in the New World where S. mansoni established during the slave trade. Recessive loss-of-function mutations within a parasite sulfotransferase (SmSULT-OR) underlie resistance, and several verified resistance mutations, including a deletion (p.E142del), have been identified in the New World. Here we investigate sequence variation in SmSULT-OR in S. mansoni from the Old World, where OXA has seen minimal usage. We sequenced exomes of 204 S. mansoni parasites from West Africa, East Africa and the Middle East, and scored variants in SmSULT-OR and flanking regions. We identified 39 non-synonymous SNPs, 4 deletions, 1 duplication and 1 premature stop codon in the SmSULT-OR coding sequence, including one confirmed resistance deletion (p.E142del). We expressed recombinant proteins and used an in vitro OXA activation assay to functionally validate the OXA-resistance phenotype for four predicted OXA-resistance mutations. Three aspects of the data are of particular interest: (i) segregating OXA-resistance alleles are widespread in Old World populations (4.29 – 14.91% frequency), despite minimal OXA usage, (ii) two OXA-resistance mutations (p.W120R, p.N171IfsX28) are particularly common (>5%) in East African and Middle-Eastern populations, (iii) the p.E142del allele has identical flanking SNPs in both West Africa and Puerto Rico, suggesting that parasites bearing this allele colonized the New World during the slave trade and therefore predate OXA deployment. We conclude that standing variation for OXA resistance is widespread in S. mansoni . AUTHOR SUMMARY It has been argued that drug resistance is unlikely to spread rapidly in helminth parasites infecting humans. This is based, at least in part, on the premise that resistance mutations are rare or absent within populations prior to treatment, and take a long time to reach appreciable frequencies because helminth parasite generation time is long. This argument is critically dependent on the starting frequency of resistance alleles – if high levels of “standing variation” for resistance are present prior to deployment of treatment, resistance may spread rapidly. We examined frequencies of oxamniquine resistance alleles present in Schistosoma mansoni from Africa and the Middle East where oxamniquine has seen minimal use. We found that oxamniquine resistance alleles are widespread in the Old World, ranging from 4.29% in the Middle East to 14.91% in East African parasite populations. Furthermore, we show that resistance alleles from West African and the Caribbean schistosomes share a common origin, suggesting that these alleles travelled to the New World with S. mansoni during the transatlantic slave trade. Together, these results demonstrate extensive standing variation for oxamniquine resistance. Our results have important implications for both drug treatment policies and drug development efforts, and demonstrate the power of molecular surveillance approaches for guiding helminth control.

Abstract Automated ChIPmentation procedure is a convenient alternative to native chromatin immunoprecipitation (N-ChIP). It is now routinely used for ChIP-Seq. Using the human parasite Schistosoma mansoni , whose production requires scarifying animals and should therefore kept to a minimum, we show here that the automated ChIPmentation is suitable for limited biological material. We define as operational limit ≥20,000 cells. We also present a streamlined protocol for the preparation of ChIP input libraries.