Active transcription and ultrastructural changes during Trypanosoma cruzi metacyclogenesis

• Main Authors: Ludmila R.P. Ferreira, Fernando de M. Dossin, Thiago C. Ramos, Edna Freymüller, Sergio Schenkman
• Format: Article
• Language: English
• Published: Academia Brasileira de Ciências 2008-03-01
• Series: Anais da Academia Brasileira de Ciências
• Subjects: Trypanosoma cruzi; metaciclogênese; transcrição; RNA polimerase II; metacyclogenesis; transcription; RNA polymerase II
• Online Access: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0001-37652008000100011
• ISSN: 0001-3765; 1678-2690

The differentiation of proliferating epimastigote forms of Trypanosoma cruzi , the protozoan parasite that causes Chagas’ disease, into the infective and non-proliferating metacyclic forms can be reproduced in the laboratory by incubating the cells in a chemically-defined medium that mimics the urine of the insect vector. Epimastigotes have a spherical nucleus, a flagellum protruding from the middle of the protozoan cell, and a disk-shaped kinetoplast - an organelle that corresponds to the mitochondrial DNA. Metacyclic trypomastigotes have an elongated shape with the flagellum protruding from the posterior portion of the cell and associated with a spherical kinetoplast. Here we describe the morphological events of this transformation and characterize a novel intermediate stage by three-dimensional reconstruction of electron microscope serial sections. This new intermediate stage is characterized by a kinetoplast compressing an already elongated nucleus, indicating that metacyclogenesis involves active movements of the flagellar structure relative to the cell body. As transcription occurs more intensely in proliferating epimastigotes than in metacyclics, we also examined the presence of RNA polymerase II and measured transcriptional activity during the differentiation process. Both the presence of the enzyme and transcriptional activity remain unchanged during all steps of metacyclogenesis. RNA polymerase II levels and transcriptional activity only decrease after metacyclics are formed. We suggest that transcription is required during the epimastigote-to-metacyclic trypomastigote differentiation process, until the kinetoplast and flagellum reach the posterior position of the parasites in the infective form.<br>A diferenciação de formas epimastigotas (proliferativas) do Trypanosoma cruzi, parasita protozoário causador da doença de Chagas, em formas metacíclicas tripomastigotas (infectivas e não proliferativas), pode ser reproduzida em laboratório incubando-se as células em um meio quimicamente definido que imita a urina do inseto vetor deste parasita. Os epimastigotas têm um núcleo esférico, o flagelo se projeta da metade do corpo do protozoário e o cinetoplasto (organela que possui o DNA mitocondrial) possui formato de disco. Os tripomastigotas metacíclicos têm um núcleo alongado com o flagelo emergindo da extremidade posterior da célula associado ao cinetoplasto esférico. Neste trabalho descrevemos as mudanças morfológicas que ocorrem durante essa transformação e caracterizamos uma nova forma intermediária do parasita usando reconstrução tridimensional de cortes seriados, visualizados por microscopia eletrônica de transmissão. Essa nova forma intermediária é caracterizada pela compressão do cinetoplasto contra o núcleo alongado, indicando que a metaciclogênese envolve movimentos ativos do cinetoplasto associado à estrutura flagelar em relação ao corpo celular. Como tripomastigotas metacíclicos transcrevem menos que as formas epimastigotas proliferativas, verificamos a presença da RNA polimerase II e medimos a atividade transcricional durante o processo de diferenciação. A presença da enzima e a atividade transcricional permanecem inalteradas durante todas as etapas da metaciclogênese, desaparecendo apenas quando as formas metacíclicas são formadas. Sugerimos que a diferenciação requer uma atividade transcricional, necessária para uma intensa remodelação da célula, que acontece até o cinetoplasto e o flagelo atingirem uma posição posterior do corpo do tripomastigota metacíclico.