@phdthesis{Zimmermann2020,
  author    = {Zimmermann, Henriette},
  title     = {Antigenic variation and stumpy development in \(Trypanosoma\) \(brucei\)},
  doi       = {10.25972/OPUS-14690},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-146902},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {The eukaryotic parasite Trypanosoma brucei has evolved sophisticated strategies to persist within its mammalian host. Trypanosomes evade the hosts' immune system by antigenic variation of their surface coat, consisting of variant surface glycoproteins (VSGs). Out of a repertoire of thousands of VSG genes, only one is expressed at any given time from one of the 15 telomeric expression sites (ES). The VSG is stochastically exchanged either by a transcriptional switch of the active ES (in situ switch) or by a recombinational exchange of the VSG within the active ES. However, for infections to persist, the parasite burden has to be limited. The slender (sl) bloodstream form secretes the stumpy induction factor (SIF), which accumulates with rising parasitemia. SIF induces the irreversible developmental transition from the proliferative sl to the cell cycle-arrested but fly-infective stumpy (st) stage once a concentration threshold is reached. Thus, antigenic variation and st development ensure persistent infections and transmissibility. A previous study in monomorphic cells indicated that the attenuation of the active ES could be relevant for the development of trypanosomes. The present thesis investigated this hypothesis using the inducible overexpression of an ectopic VSG in pleomorphic trypanosomes, which possess full developmental competence. These studies revealed a surprising phenotypic plasticity: while the endogenous VSG was always down-regulated upon induction, the ESactivity determined whether the VSG overexpressors arrested in growth or kept proliferating. Full ES-attenuation induced the differentiation of bona fide st parasites independent of the cell density and thus represents the sole natural SIF-independent differentiation trigger to date. A milder decrease of the ES-activity did not induce phenotypic changes, but appeared to prime the parasites for SIF-induced differentiation. These results demonstrate that antigenic variation and development are linked and indicated that the ES and the VSG are independently regulated. Therefore, I investigated in the second part of my thesis how ES-attenuation and VSG-silencing can be mediated. Integration of reporters with a functional or defective VSG 3'UTR into different genomic loci showed that the maintenance of the active state of the ES depends on a conserved motif within the VSG 3'UTR. In situ switching was only triggered when the telomere-proximal motif was partially deleted, suggesting that it serves as a DNA-binding motif for a telomere-associated protein. The VSG levels seem to be additionally regulated in trans based on the VSG 3'UTR independent of the genomic context, which was reinforced by the regulation of a constitutively expressed reporter with VSG 3' UTR upon ectopic VSG overexpression.},
  subject      = {Trypanosoma brucei},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Cicova2016,
  author    = {Cicova, Zdenka},
  title     = {Characterization of a novel putative factor involved in host adaptation in Trypanosoma brucei},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-142462},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Trypanosomes are masters of adaptation to different host environments during their complex life cycle. Large-scale proteomic approaches provide information on changes at the cellular level in a systematic way. However, a detailed work on single components is necessary to understand the adaptation mechanisms on a molecular level. Here we have performed a detailed characterization of a bloodstream form (BSF) stage-specific putative flagellar host adaptation factor (Tb927.11.2400) identified previously in a SILAC-based comparative proteome study. Tb927.11.2400 shares 38\% amino acid identity with TbFlabarin (Tb927.11.2410), a procyclic form (PCF) stage specific flagellar BAR domain protein. We named Tb927.11.2400 TbFlabarin like (TbFlabarinL) and demonstrate that it is a result of a gene duplication event, which occurred in African trypanosomes. TbFlabarinL is not essential for growth of the parasites under cell culture conditions and it is dispensable for developmental differentiation from BSF to the PCF in vitro. We generated a TbFlabarinL-specific antibody and showed that it localizes in the flagellum. The co-immunoprecipitation experiment together with a biochemical cell fractionation indicated a dual association of TbFlabarinL with the flagellar membrane and the components of the paraflagellar rod.},
  subject      = {Trypanosoma brucei},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Fuss2020,
  author    = {Fuß, Antje},
  title     = {Evaluierung des Nachweises von Schistosoma mansoni DNA mittels Real-Time PCR in verschiedenen humanen Proben sowie den Zwischenwirtschnecken in einer Hochpr{\"a}valenzregion am Viktoriasee in Tansania},
  doi       = {10.25972/OPUS-21506},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-215061},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Die Schistosomiasis ist nach wie vor eine der h{\"a}ufigsten parasit{\"a}ren Erkrankungen der Welt und verursacht erhebliche gesundheitliche und wirtschaftliche Folgen, insbesondere in {\"a}rmeren, l{\"a}ndlichen Regionen. Durch Immunreaktionen auf die im Wirt abgelegten Eier des Parasiten k{\"o}nnen sich chronische Verlaufsformen manifestieren. Dabei kann es zu irreversiblen Sch{\"a}den kommen. Um dies zu verhindern sind eine fr{\"u}he und sichere Diagnose sowie eine Behandlung mit Praziquantel (PZQ) unabdingbar. Zudem spielt der zuverl{\"a}ssige Nachweis der Schistosomiasis eine Schl{\"u}sselrolle bei der {\"U}berwachung, Pr{\"a}vention und Kontrolle der Erkrankung. In epidemiologischen Studien findet am h{\"a}ufigsten die mikroskopische Kato-Katz (KK)-Methode zum Nachweis von Schistosoma mansoni Eiern im Stuhl Anwendung. Dieses Verfahren ist {\"a}ußerst spezifisch und bietet die M{\"o}glichkeit der Quantifizierung, wodurch die Intensit{\"a}t der vorliegenden Infektion bestimmt werden kann. Die Sensitivit{\"a}t der Testmethode ist jedoch nur moderat, insbesondere bei einer niedrigen Infektionsintensit{\"a}t. Zudem kann eine Infektion erst nach der Pr{\"a}patenzzeit nachgewiesen werden. Der ebenfalls h{\"a}ufig eingesetzte urinbasierte Point-of-Care Circulating Cathodic Antigen (POC-CCA)-Test weist zwar eine h{\"o}here Sensitivit{\"a}t aber geringere Spezifit{\"a}t als das KK-Verfahren auf. Als hochsensitive und sehr spezifische Methode zur Diagnose der Schistosomiasis hat sich der Nachweis von Schistosoma-spezifischer DNA mittels Real-Time PCR herausgestellt. Allerdings wird f{\"u}r die Durchf{\"u}hrung dieser Technik ein gut ausgestattetes Labor ben{\"o}tigt, das sich in der Regel nicht in unmittelbarer N{\"a}he zum Patienten im Feld befindet. Daher ist es besonders wichtig, {\"u}ber praktikable und schnelle Konservierungsmethoden zu verf{\"u}gen, die bevor die Extraktion und Amplifikation der DNA stattfindet, einen einfachen Transport und eine einfache Lagerung des Probenmaterials erm{\"o}glichen. Das Ziel des ersten Teils der vorliegenden Arbeit war, die Sensitivit{\"a}t und Spezifit{\"a}t der klassischerweise verwendeten KK-Methode und des POC-CCA-Tests mit der Real-Time PCR- Methode unter Verwendung von Stuhlproben, Urinproben, Serumproben sowie auf Filterpapier getrocknete Blutproben (dried blood spots - DBSs) zu vergleichen. Zudem wurde die Anwendbarkeit der Real-Time PCR aus Serum- und Urinproben zur Therapiekontrolle {\"u}berpr{\"u}ft. Die dazu notwendigen Studien wurden alle in der Region Mwanza in Tansania durchgef{\"u}hrt, welche als hochendemisch f{\"u}r S. mansoni gilt. F{\"u}r die Untersuchungen zur stuhlbasierten Real-Time PCR wurden als Studienteilnehmer Schulkinder gew{\"a}hlt. Aufgrund der erforderlichen Blutabnahme wurden die anderen Teilstudien nur mit erwachsenen Probanden durchgef{\"u}hrt. Unter Verwendung der KK-Methode als Goldstandard erzielten die Real-Time PCR aus Stuhlproben und der POC-CCA-Test sehr hohe Sensitivit{\"a}ten von 99,5\% bzw. 89,7\%, jedoch nur geringe Spezifit{\"a}ten von 29,55\% und 22,73\%. Die KK-Methode weist bekanntermaßen nur eine geringe bis moderate Sensitivit{\"a}t auf und ist daher nicht gut als Referenz geeignet. Deshalb wurde zus{\"a}tzlich eine latente Klassenanalyse angewandt, um die tats{\"a}chlich Erkrankten zu ermitteln und anhand dieser die diagnostische G{\"u}te der verwendeten Tests zu bestimmen. Hier zeigte der POC-CCA-Test die h{\"o}chste Sensitivit{\"a}t (99,5\%) sowie eine Spezifit{\"a}t von 63,4\%. Der Real-Time PCR-Test hatte eine Sensitivit{\"a}t von 98,7\% und die h{\"o}chste Spezifit{\"a}t (81,2\%). Die Spezifit{\"a}t der KK-Technik betrug 72,8\%, die Sensitivit{\"a}t war signifikant niedriger (89,7\%) als bei den anderen beiden Methoden. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass der POC-CCA-Schnelltest empfindlicher ist als die KK-Methode und zum Screening von S. mansoni-Infektionen eingesetzt werden kann. Die Stuhl-PCR war zwar ebenfalls hochsensitiv und zeigte unter den drei getesteten Diagnoseverfahren die h{\"o}chste Spezifit{\"a}t, aber aufgrund der h{\"o}heren Kosten und der komplizierten Anwendung sollte f{\"u}r epidemiologische Untersuchungen in Hochpr{\"a}valenzregionen der POC-CCA-Test bevorzugt werden. Bei unklaren Diagnosen kann die Real-Time PCR-Methode als Best{\"a}tigungstest Anwendung finden. In der Teilstudie zur serum- und urinbasierten Real-Time PCR in einer endemischen Region vor und nach der Behandlung mit PZQ wurden folgende Ergebnisse erzielt: Unter Verwendung einer kombinierten Referenz aus den Ergebnissen des parasitologischen KK-Tests und / oder der serumbasierten PCR konnte zu Studienbeginn eine Pr{\"a}valenz von S. mansoni von 77,1\% ermittelt werden. In Bezug auf die Sensitivit{\"a}t zeigte der DNA-Nachweis aus Serum (96,3\%) und der POC-CCA-Assay (77,8\%) die h{\"o}chsten Ergebnisse. Die urinbasierte Real-Time PCR zeigte die geringste Empfindlichkeit (33,3\%). Durch die Behandlung mit Praziquantel wurde eine signifikante Reduktion der S. mansoni Pr{\"a}valenz erreicht. Zwanzig Wochen nach Therapie konnte durch die KK-Methode keine, mit dem POC-CCA-Test 33,3\% und mit der serumbasierten Real-Time PCR 58,3\% Infektionen festgestellt werden. Die Analyse der mittels der serumbasierten PCR bestimmten mittleren Ct-Werte im zeitlichen Verlauf zeigte, dass dieser eine Woche nach der Behandlung signifikant abnahm (von 30,3 auf 28) und 20 Wochen sp{\"a}ter {\"u}ber den Basiswert (34,9) anstieg. Der Ct-Wert ist umgekehrt proportional zur DNA-Ausgangsmenge, die in die PCR eingesetzt wurde. Dies deutet darauf hin, dass kurz nach der Therapie ein DNA-Anstieg zu verzeichnen war und 20 Wochen sp{\"a}ter weniger DNA als zu Beginn der Studie nachweisbar war. Dieser DNA-Verlauf l{\"a}sst verschiedene Interpretationsm{\"o}glichkeiten zu. Die Daten zeigen jedoch, dass die serumbasierte Real-Time PCR eine ausgezeichnete diagnostische Genauigkeit aufweist. Da die nachgewiesene DNA jedoch keine R{\"u}ckschl{\"u}sse auf das Parasitenstadium zul{\"a}sst und es sich hierbei auch um DNA aus im Gewebe verbliebenen Eiern oder Reinfektionen handeln k{\"o}nnte, ist diese Methode in Hochpr{\"a}valenz- Regionen nicht zur Therapiekontrolle geeignet. Die Verwendung von Urin zum DNA-Nachweis erzielte keine vielversprechenden Ergebnisse. Die Sensitivit{\"a}t der Real-Time PCR aus DBSs war ebenfalls sehr gering (45,4\%) und kann ohne weitere ausf{\"u}hrliche Testung hinsichtlich Lagertemperatur, Lagerdauer, verschiedener Filterpapierarten und Extraktionsmethoden nicht empfohlen werden. Zusammenfassend zeigten die Ergebnisse dieser Studien, dass sowohl die stuhl- als auch die serumbasierte Real-Time PCR bei der Erkennung und Bewertung der Infektionspr{\"a}valenz, einem wichtigen Aspekt epidemiologischer Studien, deutlich empfindlicher ist als das mikroskopische KK-Verfahren. Aufgrund des hohen Kosten- und Personalaufwandes und der Notwendigkeit eines gut ausgestatteten Labors wird sich diese Methode aber nicht zum Screening in hochendemischen L{\"a}ndern durchsetzen. Sie kann jedoch einen Mehrwert bei der Diagnose der Schistosomiasis bieten, vor allem bei fr{\"u}hen oder leichten Infektionen. Zudem kann diese hochsensitive und spezifische Methode als Best{\"a}tigungstest bei unklaren Diagnosen herangezogen werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden malakologische Untersuchungen zur Identifizierung potenzieller {\"U}bertragungsorte f{\"u}r die Schistosomiasis rund um die im Viktoriasee gelegene Insel Ijinga durchgef{\"u}hrt. Diese Analysen fanden innerhalb eines Pilotprojektes zur Eliminierung der Erkrankung auf der Insel Ijinga statt, wobei ein intensiviertes Behandlungsprotokoll, welches die gesamte Inselbev{\"o}lkerung einschloss, Anwendung fand. Die Kontrolle der Praziquanteleffektivit{\"a}t nach mehreren Behandlungsrunden bringt eine Reihe diagnostischer Herausforderungen mit sich. Hier k{\"o}nnte die Beurteilung der Schistosoma-Infektion in den Zwischenwirtschnecken vor und nach der Therapie als Indikator f{\"u}r den Erfolg der Maßnahme dienen. Zu diesem Zweck erfolgte zun{\"a}chst eine Baseline-Untersuchung, bei der Schnecken an Uferregionen gesammelt wurden, an denen die Inselbewohner h{\"a}ufigen Wasserkontakt hatten. Die Schnecken wurden anhand morphologischer Merkmale identifiziert und mithilfe der Real-Time PCR-Methode auf Infektionen mit S. mansoni untersucht. Insgesamt wurden 35,4\% (279/788) S. mansoni- positive Zwischenwirtschnecken (Biomphalaria) detektiert. Dies verdeutlicht, dass an den meisten Wasserkontaktstellen um die Insel Ijinga ein potentielles Risiko f{\"u}r die {\"U}bertragung der Schistosomiasis besteht. Die mithilfe der KK-Methode ermittelte Gesamtpr{\"a}valenz von S. mansoni in der humanen Bev{\"o}lkerung betrug 68,9\%. Nachdem die Bewohner der Insel viermal mit PZQ behandelt wurden, zeigte sich in der kontinuierlich {\"u}berwachten Sentinelgruppe eine Reduktion der Pr{\"a}valenz auf 28,7\%. Zu diesem Zeitpunkt wurde ebenfalls die Analyse der Schnecken wiederholt und es konnten 16,8\% (57/350) Schnecken mit einer S. mansoni Infektion nachgewiesen werden. Die Reduktion der Infektionsh{\"a}ufigkeit in den Schnecken vor und nach der viermaligen Behandlung der Bev{\"o}lkerung war signifikant (χ² = 74.335, p < 0,001). Dies deutet darauf hin, dass die intermedi{\"a}ren Wirtsschnecken zur {\"U}berwachung von Kontrollmaßnahmen verwendet werden k{\"o}nnen.},
  subject      = {Schistosomiasis},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Eisenhuth2021,
  author    = {Eisenhuth, Nicole Juliana},
  title     = {Novel and conserved roles of the histone methyltransferase DOT1B in trypanosomatid parasites},
  doi       = {10.25972/OPUS-21993},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-219936},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {The family of trypanosomatid parasites, including the human pathogens Trypanosoma brucei and Leishmania, has evolved sophisticated strategies to survive in harmful host environments. While Leishmania generate a safe niche inside the host's macrophages, Trypanosoma brucei lives extracellularly in the mammalian bloodstream, where it is constantly exposed to the attack of the immune system. Trypanosoma brucei ensures its survival by periodically changing its protective surface coat in a process known as antigenic variation. The surface coat is composed of one species of 'variant surface glycoprotein' (VSG). Even though the genome possesses a large repertoire of different VSG isoforms, only one is ever expressed at a time from one out of the 15 specialized subtelomeric 'expression sites' (ES). Switching the coat can be accomplished either by a recombination-based exchange of the actively-expressed VSG with a silent VSG, or by a transcriptional switch to a previously silent ES. The conserved histone methyltransferase DOT1B methylates histone H3 on lysine 76 and is involved in ES regulation in T. brucei. DOT1B ensures accurate transcriptional silencing of the inactive ES VSGs and influences the kinetics of a transcriptional switch. The molecular machinery that enables DOT1B to execute these regulatory functions at the ES is still elusive, however. To learn more about DOT1B-mediated regulatory processes, I wanted to identify DOT1B-associated proteins. Using two complementary approaches, specifically affinity purification and proximity-dependent biotin identification (BioID), I identified several novel DOT1B-interacting candidates. To validate these data, I carried out reciprocal co-immunoprecipitations with the most promising candidates. An interaction of DOT1B with the Ribonuclease H2 protein complex, which has never been described before in any other organism, was confirmed. Trypanosomal Ribonuclease H2 maintains genome integrity by resolving RNA-DNA hybrids, structures that if not properly processed might initiate antigenic variation. I then investigated DOT1B's contribution to this novel route to antigenic variation. Remarkably, DOT1B depletion caused an increased RNA-DNA hybrid abundance, accumulation of DNA damage, and increased VSG switching. Deregulation of VSGs from throughout the silent repertoire was observed, indicating that recombination-based switching events occurred. Encouragingly, the pattern of deregulated VSGs was similar to that seen in Ribonuclease H2-depleted cells. Together these data support the hypothesis that both proteins act together in modulating RNA-DNA hybrids to contribute to the tightly-regulated process of antigenic variation. The transmission of trypanosomatid parasites to mammalian hosts is facilitated by insect vectors. Parasites need to adapt to the extremely different environments encountered during transmission. To ensure their survival, they differentiate into various specialized forms adapted to each tissue microenvironment. Besides antigenic variation, DOT1B additionally affects the developmental differentiation from the mammalian-infective to the insect stage of Trypanosoma brucei. However, substantially less is known about the influence of chromatin-associated proteins such as DOT1B on survival and adaptation strategies of related Leishmania parasites. To elucidate whether DOT1B's functions are conserved in Leishmania, phenotypes after gene deletion were analyzed. As in Trypanosoma brucei, generation of a gene deletion mutant demonstrated that DOT1B is not essential for the cell viability in vitro. DOT1B deletion was accompanied with a loss of histone H3 lysine 73 trimethylation (the lysine homologous to trypanosomal H3K76), indicating that Leishmania DOT1B is also solely responsible for catalyzing this post-translational modification. As in T. brucei, dimethylation could only be observed during mitosis/cytokinesis, while trimethylation was detectable throughout the cell cycle in wild-type cells. In contrast to the trypanosome DOT1B, LmxDOT1B was not essential for differentiation in vitro. However, preliminary data indicate that the enzyme is required for effective macrophage infection. In conclusion, this study demonstrated that the identification of protein networks and the characterization of protein functions of orthologous proteins from related parasites are effective tools to improve our understanding of the parasite survival strategies. Such insights are a necessary step on the road to developing better treatments for the devastating diseases they cause.},
  subject      = {Trypanosoma brucei},
  language  = {en}
}
@phdthesis{BakariSoale2024,
  author    = {Bakari Soale, Majeed},
  title     = {Regulation of the Variant Surface Glycoprotein (VSG) Expression and Characterisation of the Nucleolar DExD/H box Protein Hel66 in \(Trypanosoma\) \(brucei\)},
  doi       = {10.25972/OPUS-25809},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-258090},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {The variant surface glycoprotein (VSG) of African trypanosomes plays an essential role in protecting the parasites from host immune factors. These trypanosomes undergo antigenic variation resulting in the expression of a single VSG isoform out of a repertoire of around 2000 genes. The molecular mechanism central to the expression and regulation of the VSG is however not fully understood. Gene expression in trypanosomes is unusual due to the absence of typical RNA polymerase II promoters and the polycistronic transcription of genes. The regulation of gene expression is therefore mainly post-transcriptional. Regulatory sequences, mostly present in the 3´ UTRs, often serve as key elements in the modulation of the levels of individual mRNAs. In T. brucei VSG genes, a 100 \% conserved 16mer motif within the 3´ UTR has been shown to modulate the stability of VSG transcripts and hence their expression. As a stability-associated sequence element, the absence of nucleotide substitutions in the motif is however unusual. It was therefore hypothesised that the motif is involved in other essential roles/processes besides stability of the VSG transcripts. In this study, it was demonstrated that the 100 \% conservation of the 16mer motif is not essential for cell viability or for the maintenance of functional VSG protein levels. It was further shown that the intact motif in the active VSG 3´ UTR is neither required to promote VSG silencing during switching nor is it needed during differentiation from bloodstream forms to procyclic forms. Crosstalk between the VSG and procyclin genes during differentiation to the insect vector stage is also unaffected in cells with a mutated 16mer motif. Ectopic overexpression of a second VSG however requires the intact motif to trigger silencing and exchange of the active VSG, suggesting a role for the motif in transcriptional VSG switching. The 16mer motif therefore plays a dual role in VSG in situ switching and stability of VSG transcripts. The additional role of the 16mer in the essential process of antigenic variation appears to be the driving force for the 100 \% conservation of this RNA motif. A screen aimed at identifying candidate RNA-binding proteins interacting with the 16mer motif, led to the identification of a DExD/H box protein, Hel66. Although the protein did not appear to have a direct link to the 16mer regulation of VSG expression, the DExD/H family of proteins are important players in the process of ribosome biogenesis. This process is relatively understudied in trypanosomes and so this candidate was singled out for detailed characterisation, given that the 16mer story had reached a natural end point. Ribosome biogenesis is a major cellular process in eukaryotes involving ribosomal RNA, ribosomal proteins and several non-ribosomal trans-acting protein factors. The DExD/H box proteins are the most important trans-acting protein factors involved in the biosynthesis of ribosomes. Several DExD/H box proteins have been directly implicated in this process in yeast. In trypanosomes, very few of this family of proteins have been characterised and therefore little is known about the specific roles they play in RNA metabolism. Here, it was shown that Hel66 is involved in rRNA processing during ribosome biogenesis. Hel66 localises to the nucleolus and depleting the protein led to a severe growth defect. Loss of the protein also resulted in a reduced rate of global translation and accumulation of rRNA processing intermediates of both the small and large ribosomal subunits. Hel66 is therefore an essential nucleolar DExD/H protein involved in rRNA processing during ribosome biogenesis. As very few protein factors involved in the processing of rRNAs have been described in trypanosomes, this finding represents an important platform for future investigation of this topic.},
  subject      = {Trypanosoma brucei},
  language  = {en}
}