Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/55406
Type: Tese
Title: Sequenciamento e caracterização do genoma da cepa ph8 de leishmania amazonensis com ênfase em fatores de virulência possivelmente envolvidos no estabelecimento e visceralização da infecção
Authors: Wanessa Moreira Goes
First Advisor: Santuza Maria Ribeiro Teixeira
First Co-advisor: Daniella Castanheira Bartholomeu
First Referee: Angela Kaysel Cruz
Second Referee: Wanderson Duarte da Rocha
Third Referee: CamilaIndiani de Oliveira
metadata.dc.contributor.referee4: Gabriel da Rocha Fernandes
Abstract: Leishmania amazonensis é um dos agentes etiológicos da leishmaniose cutânea, uma doença que apresenta 21 mil casos/ano no Brasil. Diferentes moléculas do parasito já foram estudadas por desempenharem um papel crucial na invasão e estabelecimento da infecção no hospedeiro mamífero, incluindo a visceralização de formas amastigotas, o que contribui para o aumento da patogênese da leishmaniose. Para aprofundar os estudos sobre esses fatores de virulência, é necessária a obtenção de genomas completos e com anotação adequada de diferentes cepas e isolados de L. amazonensis. Apesar de ter sido descrito em 2013, o genoma desse parasito não foi ainda completamente sequenciado, montado e anotado. No presente trabalho, relatamos o sequenciamento e a montagem do genoma da cepa PH8 de L. amazonensis utilizando uma estratégia baseada na combinação de reads de cobertura longa obtidos na plataforma PacBio, reads de Illumina com cobertura curta e ainda dados de sintenia com o genoma de Leishmania mexicana. Os contigs iniciais foram gerados usando apenas as reads PacBio e o montador Canu, e o pipeline IPA foi usado para remover contigs redundantes. A etapa de scaffolding foi executada usando SSPACE e o preenchimento de gaps com GapFiller, com base em reads curtas paired-end Illumina. Finalmente, a montagem foi polida usando Pilon, e os scaffolds foram ordenados com base nos cromossomos de L. mexicana usando Abacas. A montagem final, composta por 34 pseudocromossomos e 42 scaffolds não incorporados representa um genoma de ~32 Mb, além da sequência do maxicírculo de 18,1 kb. Em seguida, foi analisada a ocorrência de aneuploidias para vários cromossomos da cepa PH8 e a presença de expansões gênicas relacionadas à genes que codificam fatores de virulência como as amastinas, GP63 e proteínas cinases. Sequências repetitivas foram descritas pela primeira vez revelando a predominância de retroelementos e transposons de DNA. A anotação do conteúdo gênico de L. amazonensis foi conduzida utilizando duas abordagens: ab initio e baseada na transferência da anotação de um total de 8.2317 genes presentes no genoma de L. mexicana. Destes, 7999 são genes codificadores de proteínas e 318 deles classificados como pseudogenes. Diversas famílias multigênicas que codificam fatores de virulência, como proteínas A2, amastinas, metaloproteases GP63, fosfatases e cisteíno proteases, foram identificadas e comparadas com sua anotação no genoma de outras espécies de tripanosomatídeos. O genoma da cepa PH8 possui 29 genes que codificam todas as quatro subclasses de amastinas (α, β, γ e δ), 5 genes que codificam antígenos A2, 9 genes que codificam a metaloprotease GP63 e 76 genes de cisteíno proteases. Como foram recentemente reconhecidos como fatores de virulência essenciais para o estabelecimento da doença e progressão da infecção, foram também identificados 14 genes que codificam proteínas envolvidas no metabolismo de ferro e de heme do parasita, os quais foram comparados com o repertório gênico relacionado à essas vias presente em outros tripanosomatídeos. Com base nesse estudo genômico e em estudos recentes do nosso grupo descrevendo novos métodos de edição de genomas, abre-se a perspectiva para, através de genômica funcional, aprofundar o conhecimento sobre esses e outros fatores de virulência e, como consequência, acelerar o desenvolvimento de novas estratégias de controle da infecção causada por L. amazonensis.
Abstract: Leishmania amazonensis is one of the etiologic agents of cutaneous leishmaniasis, a disease with 21,000 cases/year in Brazil. Different molecules of the parasite have already been studied because they play a crucial role in the invasion and establishment of infection in the mammalian host, including the visceralization of amastigotes, which contributes to the increase in the pathogenesis of leishmaniasis. To deepen the studies on these virulence factors, it is necessary to obtain complete genomes with adequate annotations of different strains and isolates of L. amazonensis. Despite having been described in 2013, the genome of this parasite has not yet been completely sequenced, assembled and annotated. In the present work, we report the sequencing and assembly of the genome of the PH8 strain of L. amazonensis using a strategy based on the combination of long coverage reads obtained on the PacBio platform, reads from Illumina with short coverage and also synteny data with the Leishmania mexicana genome. The initial contigs were generated using only the PacBio reads and the Canu assembler, and the IPA pipeline was used to remove redundant contigs. The scaffolding step was performed using SSPACE and gap filling with GapFiller, based on Illumina paired-end short reads. Finally, the assembly was polished using Pilon, and the scaffolds were sorted based on L. mexicana chromosomes using Abacas. The final assembly, composed of 34 pseudochromosomes and 42 unincorporated scaffolds, represents a genome of ~32 Mb, plus the maxicircle sequence of 18.1 kb. Then, the occurrence of aneuploidies for several chromosomes of the PH8 strain and the presence of gene expansions related to genes that encode virulence factors such as amastins, GP63 and protein kinases were analyzed. Repetitive sequences were described for the first time revealing the predominance of retroelements and DNA transposons. The annotation of the gene content of L. amazonensis was conducted using two approaches: ab initio and based on transferring the annotation of a total of 8,2317 genes present in the genome of L. mexicana. Of these, 7999 are protein coding genes and 318 of them are classified as pseudogenes. Several multigene families that encode virulence factors, such as A2 proteins, amastins, GP63 metalloproteins, phosphatases and cysteine proteases, were identified and compared with their annotation in the genome of other trypanosomatid species. The genome of the PH8 strain has 29 genes that encode all four subclasses of amastins (α, β, γ and δ), 5 genes that encode A2 antigens, 9 genes that encode the GP63 metalloprotease and 76 cysteine proteases genes. As they were recently recognized as essential virulence factors for the establishment of the disease and progression of the infection, 14 genes were also identified that encode proteins involved in the iron and heme metabolism of the parasite, which were compared with the gene repertoire related to these pathways present in other trypanosomatids. Based on this genomic study and on recent studies by our group describing new genome editing methods, deepening the knowledge about these and other virulence factors and, as a consequence, accelerating the development of new strategies control of infection caused by L. amazonensis.
Subject: Bioinformática
Leishmania
Genoma
Família multigênica
Fatores de virulência
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA E IMUNOLOGIA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Bioinformatica
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/55406
Issue Date: 20-Jan-2023
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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