Histone deacetylase inhibition modulates histone acetylation at gene promoter regions and affects genome-wide gene transcription in Schistosoma mansoni.

BACKGROUND: Schistosomiasis is a parasitic disease infecting hundreds of millions of people worldwide. Treatment depends on a single drug, praziquantel, which kills the Schistosoma spp. parasite only at the adult stage. HDAC inhibitors (HDACi) such as Trichostatin A (TSA) induce parasite mortality in vitro (schistosomula and adult worms), however the downstream effects of histone hyperacetylation on the parasite are not known. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: TSA treatment of adult worms in vitro increased histone acetylation at H3K9ac and H3K14ac, which are transcription activation marks, not affecting the unrelated transcription repression mark H3K27me3. We investigated the effect of TSA HDACi on schistosomula gene expression at three different time points, finding a marked genome-wide change in the transcriptome profile. Gene transcription activity was correlated with changes on the chromatin acetylation mark at gene promoter regions. Moreover, combining expression data with ChIP-Seq public data for schistosomula, we found that differentially expressed genes having the H3K4me3 mark at their promoter region in general showed transcription activation upon HDACi treatment, compared with those without the mark, which showed transcription down-regulation. Affected genes are enriched for DNA replication processes, most of them being up-regulated. Twenty out of 22 genes encoding proteins involved in reducing reactive oxygen species accumulation were down-regulated. Dozens of genes encoding proteins with histone reader motifs were changed, including SmEED from the PRC2 complex. We targeted SmEZH2 methyltransferase PRC2 component with a new EZH2 inhibitor (GSK343) and showed a synergistic effect with TSA, significantly increasing schistosomula mortality. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: Genome-wide gene expression analyses have identified important pathways and cellular functions that were affected and may explain the schistosomicidal effect of TSA HDACi. The change in expression of dozens of histone reader genes involved in regulation of the epigenetic program in S. mansoni can be used as a starting point to look for possible novel schistosomicidal targets.

Histone deacetylase inhibition modulates histone acetylation at gene promoter regions and affects genome-wide gene transcription in Schistosoma mansoni

Background Schistosomiasis is a parasitic disease infecting hundreds of millions of people worldwide. Treatment depends on a single drug, praziquantel, which kills the Schistosoma spp. parasite only at the adult stage. HDAC inhibitors (HDACi) such as Trichostatin A (TSA) induce parasite mortality in vitro (schistosomula and adult worms), however the downstream effects of histone hyperacetylation on the parasite are not known. Methodology/Principal findings TSA treatment of adult worms in vitro increased histone acetylation at H3K9ac and H3K14ac, which are transcription activation marks, not affecting the unrelated transcription repression mark H3K27me3. We investigated the effect of TSA HDACi on schistosomula gene expression at three different time points, finding a marked genome-wide change in the transcriptome profile. Gene transcription activity was correlated with changes on the chromatin acetylation mark at gene promoter regions. Moreover, combining expression data with ChIP-Seq public data for schistosomula, we found that differentially expressed genes having the H3K4me3 mark at their promoter region in general showed transcription activation upon HDACi treatment, compared with those without the mark, which showed transcription down-regulation. Affected genes are enriched for DNA replication processes, most of them being up-regulated. Twenty out of 22 genes encoding proteins involved in reducing reactive oxygen species accumulation were down-regulated. Dozens of genes encoding proteins with histone reader motifs were changed, including SmEED from the PRC2 complex. We targeted SmEZH2 methyltransferase PRC2 component with a new EZH2 inhibitor (GSK343) and showed a synergistic effect with TSA, significantly increasing schistosomula mortality. Conclusions/Significance Genome-wide gene expression analyses have identified important pathways and cellular functions that were affected and may explain the schistosomicidal effect of TSA HDACi. The change in expression of dozens of histone reader genes involved in regulation of the epigenetic program in S. mansoni can be used as a starting point to look for possible novel schistosomicidal targets.

Identificação in silico de potenciais alvos terapêuticos em protozoários: enzimas isofuncionais não homólogas

Protozoários são organismos unicelulares que causam várias doenças que atingem tanto humanos como animais. Essas doenças causam ônus econômicos principalmente em regiões tropicais e subtropicais. Atualmente, não existem vacinas comercialmente disponíveis e não há tratamento eficaz para tais doenças. Isso se deve ao fato dos fármacos disponíveis apresentarem muitos efeitos colaterais e estarem propensos ao desenvolvimento de resistência. A maioria desses fármacos foi descoberta através da seleção de um grande número de compostos contra parasitas íntegros. Porém, nosúltimos anos, uma nova abordagem vem ganhando espaço sob o termo de “desenho racional de fármacos”. Este termo representa a busca por compostos contra alvos moleculares específicos, visando diferenças bioquímicas e fisiológicas entre o parasita e o hospedeiro. A era pós-genômica gerou uma grande quantidade de informações quevem permitindoa identificação de novos alvos. Neste contexto, a partir de dados dos proteomas de 23 protozoários dos gêneros Entamoeba, Giardia, Trichomonas, Trypanosoma, Leishmania, Crytptosporidium, Plasmodium, Toxoplasma, Babesiae Theileria, realizamos buscas para a identificação de enzimas isofuncionais não-homólogas (NISE) que possam ser futuramente priorizadas como alvos terapêuticos. Em nossa metodologia utilizamos a ferramentaAnEnPi localmente para buscar nas seqüências proteicaspor enzimas funcionalmente análogas. Utilizando os dados provindos do KEGG, primeiro houve uma etapa de clusterização das estruturas primárias de todas as enzimas anotadas com o mesmo EC (Enzyme Comission). Para isso utilizou-se uma pontuação (score) de similaridade no BLASTP de 120, como parâmetros de corte. Encontramos 812 ECs com mais de um cluster e 1778 com um único cluster...

Protozoa are unicellular organisms that cause several diseases affecting both humans and animals. These diseases cause economic burden mainly in subtropical and tropical regions. Currently there are no commercially available vaccines and there is no effective treatment for such diseases. This is because the available drugs present many side effects and are prone to development of resistance. Most of these drugs were discovered through the selection of a large number of compounds against entire parasites. However, in recent years, a new approach has been gaining ground within the term "rational drug design". This term represents the search for compounds against specific molecular targets, aiming biochemical and physiological differences between the parasite and the host. The post-genomic era has generated a large amount of information which has been enablingidentification of new targets. In this context, from the proteomes data of 23 protozoa from genera Entamoeba, Giardia, Trichomonas, Trypanosoma, Leishmania, Crytptosporidium, Plasmodium, Toxoplasma, Babesiaand Theileria, we perform searches to identify non-homologous isofunctional enzymes (NISE) that may be in future prioritized as therapeutical targets. In our methodology we use the tool AnEnPi locally to search in protein sequences for functionally analogous enzymes. Using the data from the KEGG, there was a first clustering step of all the enzymes primary structures annotated with the same EC (Enzyme Comission). For this we used a score similarity in BLASTP of 120 as cut-off. We found 812 EC with more than one cluster and 1778 with a single cluster...

Specific and nonhomologous isofunctional enzymes of the genetic information processing pathways as potential therapeutical targets for tritryps.

Leishmania major, Trypanosoma brucei, and Trypanosoma cruzi (Tritryps) are unicellular protozoa that cause leishmaniasis, sleeping sickness and Chagas' disease, respectively. Most drugs against them were discovered through the screening of large numbers of compounds against whole parasites. Nonhomologous isofunctional enzymes (NISEs) may present good opportunities for the identification of new putative drug targets because, though sharing the same enzymatic activity, they possess different three-dimensional structures thus allowing the development of molecules against one or other isoform. From public data of the Tritryps' genomes, we reconstructed the Genetic Information Processing Pathways (GIPPs). We then used AnEnPi to look for the presence of these enzymes between Homo sapiens and Tritryps, as well as specific enzymes of the parasites. We identified three candidates (ECs 3.1.11.2 and 6.1.1.-) in these pathways that may be further studied as new therapeutic targets for drug development against these parasites.

Reconstrução in silico das vias de processamento da informação genética nos Tritryps (Tripanosoma cruzi, Trypanosoma brucei e Leishmania major): busca por análogos funcionais / Reconstruction of roads in silico processing of genetic information in Tritryps (Trypanosoma cruzi, Trypanosoma brucei and Leishmania major): the search for functional analogues

Leishmania major, Trypanosoma brucei e Trypanosoma cruzi (Tritryps) são protozoários unicelulares que causam a leishmaniose, a doença do sono e a doença de Chagas, respectivamente. Essas doenças causam ônus econômicos principalmente em regiões subtropicais e tropicais. Atualmente não existem vacinas comercialmente disponíveis e não há tratamento eficaz para tais doenças. Isso se deve ao fato dos fármacos disponíveis apresentarem muitos efeitos colaterais e estarem propensas ao desenvolvimento de resistência. A maioria desses fármacos foi descoberta através da seleção de um grande numero de compostos contra parasitas íntegros. Porém, nos últimos anos, uma nova abordagem vem ganhando espaço sob o termo de “desenho racional de fármacos” Este termo representa a busca por compostos contra alvos moleculares específicos, visando diferenças bioquímicas e fisiológicas entre o parasita e o hospedeiro. A era pós-genômica gerou uma grande quantidade de informações que permitem a identificação ótima de novos alvos. Neste contexto, a partir de dados públicos dos genomas de Tritryps, reconstruímos as vias de processamento da informação genética (com ênfase nas vias de replicação e reparo, transcrição e tradução) nesses organismos, para adquirir uma melhor representação das enzimas envolvidas nestes processos. Estas análises permitiram estudos comparativos para identificar candidatos a novos alvos terapêuticos. Em nossa metodologia utilizamos a ferramenta AnEnPi (http://bioinfo.pdtis.fiocruz.br/AnEnPi/) para buscar nas seqüências genômicas por enzimas análogas. Utilizando os dados provindos do KEGG, primeiro houve uma etapa de clusterização das estruturas primárias de todas as enzimas desse banco de dados anotadas com o mesmo EC. Para isso, utilizou-se uma pontuação (score) de similaridade no Blastp de 120, como parâmetros de corte. Encontramos 830 grupos de ECs com mais de um cluster e 1430 com um único cluster. Após isso, foi realizado um passo de reanotação. Para isto, foi rodado um novo Blastp, assumindo como ponto de corte um e-value de 10e-20, entre todas as proteínas preditas nos genomas de cada Tritryp contra todos os clusters. Desses dados geramos mapas de vias de interesse para esses organismos e os comparamos aos mapas que o KEGG disponibiliza como padrão. Identificamos alguns casos de analogia nestas vias entre seres humanos e Tritryps que podem vir a ser utilizados como novos alvos terapêuticos para o desenvolvimento de fármacos contra esses parasitas. Foi feita a modelagem por homologia de um análogo (6.1.1.-, de T. brucei), utilizando a ferramente MHOLline. Além disso, buscamos no banco de alvos terapêuticos para doenças negligenciadas, TDRTARGETS (http://tdrtargets.org/), pelos ECs identificados como possíveis novos alvos, e não encontramos nenhuma ocorrência. Tal fato pode indicar que com a metodologia aplicada conseguimos identificar novos candidatos a alvos terapêuticos contra estes parasitas. Em análises futuras, vamos testar e-values mais restritivos na etapa de reanotação, para assim, testar o potencial de reanotação da ferramenta.