Abstract Ticks transmit more pathogens to humans and animals than any other arthropod. We describe the 2.1 Gbp nuclear genome of the tick, Ixodes scapularis (Say), which vectors pathogens that cause Lyme disease, human granulocytic anaplasmosis, babesiosis and other diseases. The large genome reflects accumulation of repetitive DNA, new lineages of retro-transposons, and gene architecture patterns resembling ancient metazoans rather than pancrustaceans. Annotation of scaffolds representing ∼57% of the genome, reveals 20,486 protein-coding genes and expansions of gene families associated with tick–host interactions. We report insights from genome analyses into parasitic processes unique to ticks, including host ‘questing’, prolonged feeding, cuticle synthesis, blood meal concentration, novel methods of haemoglobin digestion, haem detoxification, vitellogenesis and prolonged off-host survival. We identify proteins associated with the agent of human granulocytic anaplasmosis, an emerging disease, and the encephalitis-causing Langat virus, and a population structure correlated to life-history traits and transmission of the Lyme disease agent.

Closing the Vector Circle The genome sequence of Culex quinquefasciatus offers a representative of the third major genus of mosquito disease vectors for comparative analysis. In a major international effort, Arensburger et al. (p. 86 ) uncovered divergences in the C. quinquefasciatus genome compared with the representatives of the other two genera Aedes aegypti and Anopheles gambiae . The main difference noted is the expansion of numbers of genes, particularly for immunity, oxidoreductive functions, and digestive enzymes, which may reflect specific aspects of the Culex life cycle. Bartholomay et al. (p. 88 ) explored infection-response genes in Culex in more depth and uncovered 500 immune response-related genes, similar to the numbers seen in Aedes , but fewer than seen in Anopheles or the fruit fly Drosophila melanogaster . The higher numbers of genes were attributed partly to expansions in those encoding serpins, C-type lectins, and fibrinogen-related proteins, consistent with greater immune surveillance and associated signaling needed to monitor the dangers of breeding in polluted, urbanized environments. Transcriptome analysis confirmed that inoculation with unfamiliar bacteria prompted strong immune responses in Culex . The worm and virus pathogens that the mosquitoes transmit naturally provoked little immune activation, however, suggesting that tolerance has evolved to any damage caused by replication of the pathogens in the insects.

Recommendations for laboratories to report incidental findings from genomic tests have stimulated interest in such results. In order to investigate the criteria and processes for assigning the pathogenicity of specific variants and to estimate the frequency of such incidental findings in patients of European and African ancestry, we classified potentially actionable pathogenic single-nucleotide variants (SNVs) in all 4300 European- and 2203 African-ancestry participants sequenced by the NHLBI Exome Sequencing Project (ESP). We considered 112 gene-disease pairs selected by an expert panel as associated with medically actionable genetic disorders that may be undiagnosed in adults. The resulting classifications were compared to classifications from other clinical and research genetic testing laboratories, as well as with in silico pathogenicity scores. Among European-ancestry participants, 30 of 4300 (0.7%) had a pathogenic SNV and six (0.1%) had a disruptive variant that was expected to be pathogenic, whereas 52 (1.2%) had likely pathogenic SNVs. For African-ancestry participants, six of 2203 (0.3%) had a pathogenic SNV and six (0.3%) had an expected pathogenic disruptive variant, whereas 13 (0.6%) had likely pathogenic SNVs. Genomic Evolutionary Rate Profiling mammalian conservation score and the Combined Annotation Dependent Depletion summary score of conservation, substitution, regulation, and other evidence were compared across pathogenicity assignments and appear to have utility in variant classification. This work provides a refined estimate of the burden of adult onset, medically actionable incidental findings expected from exome sequencing, highlights challenges in variant classification, and demonstrates the need for a better curated variant interpretation knowledge base.

Abstract Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease in which upper and lower motor neuron loss is the primary phenotype, leading to muscle weakness and wasting, respiratory failure, and death. Although a portion of ALS cases are linked to one of over 50 unique genes, the vast majority of cases are sporadic in nature. However, the mechanisms underlying the motor neuron loss in either familial or sporadic ALS are not entirely clear. Here we used induced pluripotent stem cells derived from a set of identical twin brothers discordant for ALS to assess the role of astrocytes and microglia on the expression and accumulation of neurofilament proteins in motor neurons. We found that motor neurons derived from the affected twin exhibited increased transcript levels of all three neurofilament isoforms and increased expression of phosphorylated neurofilament puncta. We further found that treatment of the motor neurons with astrocyte conditioned medium and microglial conditioned medium significantly impacted neurofilament deposition. Together, these data suggest that glial-secreted factors can alter neurofilament pathology in ALS iPSC-derived motor neurons.

Abstract Phlebotomine sand flies are of global significance as important vectors of human disease, transmitting bacterial, viral, and protozoan pathogens, including the devastating kinetoplastid parasites of the genus Leishmania , the causative agents of diseases collectively termed leishmaniasis. More than 40 pathogenic Leishmania species are transmitted to humans by approximately 35 sand fly species in 98 countries with hundreds of millions of people at risk around the world. As no approved efficacious vaccine exists, available drugs are expensive and/or toxic, and resistance is emerging, management of sand fly populations to break transmission is currently the most effective disease control strategy. To better understand the biology of sand flies, including the mechanisms involved in their vectorial capacity, insecticide resistance, and population structures we sequenced the genomes of two of the most important sand fly species: Phlebotomus papatasi , a cutaneous leishmaniasis vector, (distributed in the Middle East and North Africa) and Lutzomyia longipalpis, a visceral leishmaniasis vector (distributed across Central and South America). We categorized and curated genes involved in processes important to their roles as disease vectors, including chemosensation, blood feeding, circadian rhythm, immunity, and detoxification, as well as mobile genetic elements. We also defined gene orthology and observed micro-synteny among the genomes. Finally, we present the genetic diversity and population structure of these species in their respective geographical areas. These genomes will be a foundation on which to base future efforts to prevent vector-borne transmission of Leishmania parasites. Author Summary The leishmaniases are a group of neglected tropical diseases caused by protist parasites from the Genus Leishmania . Different Leishmania species present a wide clinical profile, ranging from mild, often self-resolving cutaneous lesions that can lead to protective immunity, to severe metastatic mucosal disease, to visceral disease that is ultimately fatal. Leishmania parasites are transmitted by the bites of sand flies, and as no approved vaccine exists, available drugs are toxic and/or expensive and resistance is emerging, new dual control strategies to combat these diseases must be developed, combining interventions on human infections and integrated sand fly population management. Effective vector control requires a good understanding of the biology of sand flies. To this end, we sequenced and annotated the genomes of two sand fly species that are important leishmaniasis vectors from the Old and New Worlds. These genomes allow us to better understand, at the genetic level, processes important in the vector biology of these species, such as finding hosts, blood-feeding, immunity, and detoxification. These genomic resources highlight the driving forces of evolution of two major Leishmania vectors and provide foundations for future research on how to better prevent leishmaniasis by control of the sand fly vectors.