The obligate intracellular parasite Toxoplasma gondii establishes a life-long chronic infection within any warm-blooded host. After ingestion of an encysted parasite, T. gondii disseminates throughout the body as a rapidly replicating form during acute infection. Over time and after stimulation of the host immune response, T. gondii differentiates into a slow growing, cyst form that is the hallmark of chronic infection. Global transcriptome analysis of both host and parasite during the establishment of chronic T. gondii infection has not yet been performed. Here, we conducted a dual RNA-seq analysis of T. gondii and its rodent host to better understand host and parasite responses during acute and chronic infection.We obtained nearly one billion paired-end RNA sequences from the forebrains of uninfected, acutely and chronically infected mice, then aligned them to the genomic reference files of both T. gondii and Mus musculus. Gene ontology (GO) analysis of the 100 most highly expressed T. gondii genes showed less than half were shared between acute and chronic infection. The majority of the highly expressed genes common in both acute and chronic infection were involved in transcription and translation, underscoring that parasites in both stages are actively synthesizing proteins. Similarly, most of the T. gondii genes highly expressed during chronic infection were involved in metabolic processes, again highlighting the activity of the cyst stage at 28 days post-infection. Comparative analyses of host genes using uninfected forebrain revealed over twice as many immune regulatory genes were more abundant during chronic infection compared to acute. This demonstrates the influence of parasite development on host gene transcription as well as the influence of the host environment on parasite gene transcription.RNA-seq is a valuable tool to simultaneously analyze host and microbe transcriptomes. Our data shows that T. gondii is metabolically active and synthesizing proteins at 28 days post-infection and that a distinct subset of host genes associated with the immune response are more abundant specifically during chronic infection. These data suggest host and pathogen interplay is still present during chronic infection and provides novel T. gondii targets for future drug and vaccine development.

Clearance of intracellular pathogens, such as Leishmania ( L. ) major , depends on an immune response with well-regulated cytokine signaling. Here we describe a pathogen-mediated mechanism of evading CXCL10, a chemokine with diverse antimicrobial functions, including T cell recruitment. Infection with L. major in a human monocyte cell line induced robust CXCL10 transcription without increasing extracellular CXCL10 protein concentrations. We found that this transcriptionally independent suppression of CXCL10 is mediated by the virulence factor and protease, glycoprotein-63 ( gp63) . Specifically, GP63 cleaves CXCL10 after amino acid A81 at the base of a C-terminal alpha-helix. Cytokine cleavage by GP63 demonstrated specificity, as GP63 cleaved CXCL10 and its homologues, which all bind the CXCR3 receptor, but not distantly related chemokines, such as CXCL8 and CCL22. Further characterization demonstrated that CXCL10 cleavage activity by GP63 was produced by both extracellular promastigotes and intracellular amastigotes. Crucially, CXCL10 cleavage impaired T cell chemotaxis in vitro , indicating that cleaved CXCL10 cannot signal through CXCR3. Ultimately, we propose CXCL10 suppression is a convergent mechanism of immune evasion, as Salmonella enterica and Chlamydia trachomatis also suppress CXCL10. This commonality suggests that counteracting CXCL10 suppression may provide a generalizable therapeutic strategy against intracellular pathogens.Importance Leishmaniasis, an infectious disease that annually affects over one million people, is caused by intracellular parasites that have evolved to evade the host’s attempts to eliminate the parasite. Cutaneous leishmaniasis results in disfiguring skin lesions if the host immune system does not appropriately respond to infection. A family of molecules called chemokines coordinate recruitment of the immune cells required to eliminate infection. Here, we demonstrate a novel mechanism that Leishmania (L.) major employs to suppress host chemokines: an L. major protease cleaves chemokines known to recruit T cells that fight off infection. We observe that other common human intracellular pathogens, including Chlamydia trachomatis and Salmonella enterica , reduce levels of the same chemokines, suggesting a strong selective pressure to avoid this component of the immune response. Our study provides new insights into how intracellular pathogens interact with the host immune response to enhance pathogen survival.

Genome-wide association studies (GWAS) have identified thousands of genetic variants associated with disease. To facilitate moving from associations to disease mechanisms, we leveraged the role of pathogens in shaping human evolution with the Hi-HOST Phenome Project (H2P2): a catalog of cellular GWAS comprised of 79 phenotypes in response to 8 pathogens in 528 lymphoblastoid cell lines. Seventeen loci surpass genome-wide significance (p<5x10-8) for phenotypes ranging from pathogen replication to cytokine production. Combining H2P2 with clinical association data from the eMERGE Network and experimental validation revealed evidence for mechanisms of action and connections with diseases. We identified a SNP near CXCL10 as a cis-cytokine-QTL and a new risk factor for inflammatory bowel disease. A SNP in ZBTB20 demonstrated pleiotropy, partially mediated through NF𝜅B signaling, and was associated with viral hepatitis. Data are available in an H2P2 web portal to facilitate further interpreting human genome variation through the lens of cell biology.