Characterization of sexual commitment and the early steps of sexual development in the human malaria parasite Plasmodium falciparum

Abstract

Transmission of malaria requires that some parasites abandon asexual replication and develop into sexual stages termed gametocytes. The discovery of the transcription factor PfAP2-G as the master regulator of sexual conversion has boosted our understanding of sexual development. The pfap2-g locus is controlled by heterochromatin-based silencing, with only a few parasites activating the locus and committing to sexual development at each asexual cycle. How heterochromatin forms in pfap2-g is currently unknown. Moreover, the initial steps of sexual conversion after pfap2-g activation, together with the biology of sexually committed stages, remain poorly characterized. In this thesis, we identified a new route of sexual conversion involving direct conversion within the same cycle of initial PfAP2-G expression. We also developed a conditional activation system for PfAP2-G, achieving synchronous sexual conversion of the majority of parasites, which enables the characterization of sexually committed parasites and early sexual stages. Finally, in an attempt to elucidate the mechanisms behind heterochromatin formation in pfap2-g, we gained insight into the role of different elements in heterochromatin nucleation.

Per a la transmissió de la malària, alguns paràsits han de deixar de replicar-se de forma asexual i desenvolupar-se com a estadis sexuals anomenats gametòcits. El descobriment del factor de transcripció PfAP2-G com a regulador clau de la conversió sexual ha permès entendre millor el procés. El locus pfap2-g està silenciat per la presència d’heterocromatina i només alguns paràsits activen el locus i inicien el desenvolupament sexual a cada cicle asexual. Actualment es desconeix com es forma heterocromatina a pfap2-g. A més a més, els primers passos de la conversió sexual després de l’activació de pfap2-g, juntament amb la biologia dels estadis que acabaran desenvolupant-se sexualment, estan molt poc caracteritzats. En aquesta tesis, hem identificat una nova ruta de conversió que consisteix en la conversió sexual directa, sense un nou cicle de replicació, just després de l’activació de PfAP2-G. També hem desenvolupat un sistema d’activació condicional de PfAP2-G que indueix la conversió sexual sincrònica de la majoria dels paràsits i que permet la caracterització dels estadis sexuals primerencs. Finalment, en un intent per entendre els mecanismes darrera la formació d’heterocromatina a pfap2-g, hem obtingut informació rellevant sobre el paper de diferents elements en la nucleació d’heterocromatina.