Transcriptome analysis and functional characterization of Plasmodium vivax spleen and bone marrow dependent genes and the role of the extracellular vesicles in cryptic niche formation

Abstract

[eng] INTRODUCTION: Plasmodium vivax is the most widespread malaria parasite, with 2.8 billion people at risk across regions from Southeast Asia to the Americas. In 2022 alone, approximately 6.9 million clinical cases were reported worldwide (1). Classically considered less severe than P. falciparum, vivax malaria can lead to serious complications such as severe anaemia, thrombocytopenia, acute respiratory distress, splenic rupture and even death (2). One of the major challenges with controlling P. vivax is its resilience to elimination compared to P. falciparum. This difficulty has driven the need for a deeper understanding of the parasite’s pathobiology and epidemiology (3,4).

Among the factors contributing to P. vivax pathophysiology is the subtelomeric multigenic vir family (5). Unlike the clonally expressed var genes in P. falciparum, vir genes from different subfamilies are co-expressed, leading to a broader expression pattern. This broad expression might explain why acquired immunity in vivax malaria develops much faster than in P. falciparum (6,7). Research over the past decade has increasingly shown that P. vivax uses both the bone marrow (BM) and spleen as key organs in its life cycle. The BM serves for sexual differentiation and parasite growth, as evidenced by the presence of infected reticulocytes in BM aspirates (8–10). Similarly, the spleen harbours significantly higher densities of P. vivax-infected red blood cells (RBCs) compared to peripheral blood (11,12). These findings suggest that both the BM and spleen act as cryptic niches for the parasite, contributing to its persistence and the potential for causing anaemia(8,13). Recently, extracellular vesicles (EVs) have emerged as novel intercellular communicators, not only between parasite populations but also between parasites (14) and their human hosts (15). However, the exact role of EVs in

23

vivax malaria, in particular in forming these cryptic niches within hematopoietic organs is not fully understood. HYPOTHESIS AND OBJECTIVES: We hypothesize that during natural P. vivax infections, the spleen and BM, reticulocyte-rich tissues, serve as cryptic niches which favour parasite growth and differentiation. Additionally, we postulate that these processes involve specific P. vivax proteins whose transcription depend on the BM and spleen and that EVs play a crucial role in facilitating cryptic niche formation. The main objective is to identify, validate, and functionally characterize P. vivax genes that are dependent on the spleen and BM for expression. We aim to clarify the role these genes play during acute vivax malaria and to uncover how EVs contribute to cryptic niche formation.

[cat] INTRODUCCIÓ: Plasmodium vivax és el paràsit de la malària més estès, amb 2,8 mil milions de persones en risc a regions del sud-est asiàtic fins a les Amèriques. El 2022 es van reportar 6,9 milions de casos clínics globals (1). Encara que tradicionalment es consideri menys greu que P. falciparum, la malària per P. vivax pot provocar complicacions greus, com anèmia severa, trombocitopènia, dificultat respiratòria aguda, ruptura esplènica i fins i tot la mort (2). Un dels reptes principals per al seu control és la seva major resistència a l'eliminació en comparació amb P. falciparum, cosa que subratlla la necessitat de conèixer millor la seva patobiologia i epidemiologia (3,4). Un factor clau en la fisiopatologia de P. vivax és la família multigènica subtelomèrica vir (5). A diferència dels gens var de P. falciparum, els gens vir de diverses subfamílies s'expressen simultàniament, donant lloc a una expressió més àmplia. Això podria explicar per què la immunitat adquirida en P. vivax es desenvolupa més ràpidament que en P. falciparum (6,7). Estudis recents mostren que P. vivax utilitza tant la medul·la òssia (BM) com la melsa com a nínxols clau. La BM serveix per a la diferenciació sexual i creixement del paràsit, com demostra la presència de reticulòcits infectats en aspirats de BM (8–10). La melsa, en canvi, alberga major densitat de glòbuls vermells infectats (11,12) suggerint que ambdós òrgans actuen com nínxols críptics que afavoreixen la persistència del paràsit i l’anèmia (8,13). Les vesícules extracel·lulars (VEs) han aparegut com a noves comunicadores intercel·lulars, tant entre paràsits com amb l'hoste humà (14,15), però el seu paper en la formació dels nínxols críptics encara no es comprèn del tot.

HIPÒTESI I OBJECTIUS: Hipotetitzem que durant les infeccions naturals per P. vivax, la melsa i la BM, teixits rics en reticulòcits, actuen com a nínxols críptics que afavoreixen el creixement i la diferenciació del paràsit. A més, postulem que aquests processos involucren proteïnes específiques de P. vivax a la melsa i la BM, i que les VEs tenen un paper crucial en la facilitació de la formació d'aquests nínxols críptics. L'objectiu principal és identificar, validar i caracteritzar funcionalment els gens de P. vivax que depenen de la melsa i la BM per a la seva expressió. Esperem aclarir el paper que tenen aquests gens durant la malària de vivax i descobrir com contribueixen les VEs a la formació dels nínxols críptics.