Caractérisation moléculaire et fonctionnelle de deux nouveaux partenaires potentiels de la protéine phosphatase de type 1 (PP1) chez plasmodium falciparum

par Astrid Lenne

Thèse de doctorat en Biochimie et biologie moléculaire

Sous la direction de Christine Pierrot.

Soutenue le 30-09-2016

à Lille 2 , dans le cadre de École doctorale Biologie-Santé (Lille) , en partenariat avec Center for Infection and Immunity of Lille (laboratoire) et de Centre d'infection et d'immunité de Lille (laboratoire) .


  • Résumé

    Plasmodium falciparum (Pf) est un parasite intracellulaire capable d’infecter l’Homme. Dans les 48h après l’invasion des érythrocytes, il passe par le stade d’une cellule géante multinucléée qui se divise en 16 à 32 parasites. Cette multiplication rapide nécessite des mécanismes spécifiques de régulation très subtilement orchestrés. Parmi les modifications post-traductionnelles décrites chez les cellules eucaryotes, la phosphorylation réversible des protéines par les kinases/phosphatases est une des voies majeures dans la transduction des signaux cellulaires. Chez Plasmodium, des études de génétique inverse ont démontré que PfPP1, phosphatase majeure du parasite, est essentielle pour sa survie. L’activité de PP1 est connue pour être contrôlée par divers régulateurs endogènes. Cependant, malgré leur importance dans le ciblage de l’holoenzyme à un compartiment subcellulaire spécifique et/ou dans la régulation de son activité, peu de recherches ont été consacrées à l’identification de partenaires de PP1 chez Pf.Dans le but d’approfondir nos connaissances sur la régulation de PfPP1 et son impact sur la biologie de Pf, nous étudions les partenaires de cette enzyme qui seraient impliqués dans le contrôle de la phosphatase. Nos recherches récentes, basées sur des études de génomique comparative, ont permis d’identifier 4 régulateurs de PfPP1 : PfLRR1, PfI3, PfI2 et PfeiF2β. Au-delà de la capacité de ces protéines à contrôler la fonction de PP1 in vitro, nous avons montré par génétique inverse que leur rôle est vital pour Pf. En parallèle, nous avons entrepris une démarche plus globale pour la recherche de nouveaux partenaires/régulateurs de PfPP1. Nous avons notamment réalisé un criblage par double hybride de levure (Y2H) où PfPP1 est utilisé comme appât.Dans la 1ère partie de ma thèse, nous avons analysé les clones obtenus en criblage Y2H et initié la caractérisation de plusieurs d’entre eux. Notre choix d’étude s’est porté par la suite sur PF3D7_091900 et PF3D7_1202600, retrouvées 8 et 10 fois lors du criblage et présentant une interaction forte avec PP1. Mon projet de thèse avait pour but de caractériser au niveau moléculaire et fonctionnel le rôle de ces protéines sur l’activité de PP1 et de déterminer les régions/motifs de ces potentiels régulateurs pouvant intervenir au niveau de la relation structure/fonction du complexe qu’ils forment avec PfPP1.Dans une 2ème partie, nous avons étudié la séquence de ces protéines. PF3D7_0919900, protéine spécifique du parasite, possède le motif RVxF, souvent impliqué dans l’interaction avec PP1 et présente des motifs RCC1 connus pour interagir avec des protéines. Ainsi elle sera nommée RCC-PIP pour Regulator of Chromosome Condensation - Phosphatase Interacting Protein. PF3D7_1202600 est, quant à elle, un orthologue de Caliban chez la drosophile, et sera nommée CLP pour Caliban-Like Protein. Elle présente 17 motifs RVxF dont 7 se situent dans le fragment obtenu suite au criblage. Différentes approches ont confirmé que ces 2 protéines sont des partenaires de PfPP1. Cependant, la réalisation d’un test pNPP in vitro a mis en évidence une fonction activatrice de RCC-PIP, alors que CLP ne présente pas d’effet.Dans une 3ème partie, l’objectif était d’étudier plus en détails RCC-PIP. Nous avons démontré que le motif RVxF est impliqué dans l’interaction avec PfPP1. Puis nous avons étudié les motifs RCC1 et leur interactome par la réalisation d’un criblage Y2H en utilisant ces motifs comme appât. Une kinase a été trouvée (PfCDPK7) suggérant que RCC-PIP aurait un rôle de plateforme capable d’interagir avec 2 enzymes antagonistes. L’étude du rôle de RCC-PIP chez le parasite est actuellement en cours. La réalisation d’un knock-in a démontré l’accessibilité du locus. Un knock-out a également été effectué, mais l’absence d’intégration du plasmide indique que RCC-PIP serait essentielle au parasite. Pour confirmer cette observation, un knock-out conditionnel chez P. berghei est en cours de réalisation.

  • Titre traduit

    Molecular and functional characterization of two new potential partners of the protein phosphatase type-1 (PP1) in plasmodium falciparum


  • Résumé

    Plasmodium falciparum is an intracellular parasite that evolves in several stages of development in the vertebrate host. Within 48 hours after the invasion of erythrocytes, it goes through the stage of a multinucleated giant cell which divides into as many parasites as nuclei (16-32 parasites). This growth/fast division requires specific regulatory mechanisms subtly orchestrated. Among the post-translational modifications described in eukaryotic cells, the reversible phosphorylation of proteins by kinases/phosphatases is one of the major pathways in the cellular signal transduction. In Plasmodium, PP1 is predicted to catalyze the majority of protein dephosphorylation events, and has been shown to be essential in its survival using reverse genetic approaches. The activity of PP1 is known to be tightly controlled by various endogenous regulators. However, despite their importance in targeting the holoenzyme to a specific subcellular compartment and/or regulating its activity, little has been devoted to identify PP1 partners in the parasite.In order to deepen our understanding of the regulation of PfPP1 and its impact on the biology of Plasmodium, we study the partners of this enzyme that may be involved in the control of its location, its specificity and activity. Our recent research, based on comparative genomic studies, have identified 4 regulators of PfPP1: PfLRR1, PfI3, PfI2 and PfeiF2β. In parallel, since Plasmodium has a particular cell cycle and the function of PP1 should be adapted, we have undertaken a more global approach to the search for new partners/regulators of PfPP1 using different approaches including a yeast two-hybrid screening where PfPP1 was used as bait.In the first part of my thesis, the clones obtained in Y2H screening were analyzed and 2 clones were selected for further characterization. These clones, corresponding to PF3D7_091900 and PF3D7_1202600 were identified 8 and 10 times during the screening, a good indication about their expression in blood stages and their interactions with PfPP1 can be still detectable under high stringency conditions. Hence, my thesis project aimed to characterize molecularly and functionally of the role of these proteins on PfPP1. _x000D_In the second part, we have analysed the sequence of these two proteins. PF3D7_0919900, a parasite-specific protein, shows the canonical binding motif « RVxF », known to be involved in the interaction with PP1, and present on the fragment obtained following the screening. The sequence also has RCC1 motifs known to interact with proteins. Thereafter, this protein was designated as RCC-PIP for Regulator of Chromosome Condensation - Phosphatase Interacting Protein. As far as PF3D7_1202600 is concerned, it seems to be an ortholog of Caliban expressed by Drosophila, and designated Pf Caliban CLP-Like Protein. It has 17 potential RVXF binding motif, of which 7 are located in the fragment obtained following the screening. Different approaches such as GST pull-down or ELISA, identified these two proteins as partners of PfPP1. Using pNPP in vitro assay, we showed a slight activation of PfPP1 by RCC-PIP, while CLP had no effect.In the third part, the objective was to study in more detail the RCC-PIP. We showed that the RVxF motif is involved in the interaction with PfPP1. We then tied to identify the partners of RCC1 by screening a cDNA library of P. falciparum using RCC1 containing protein as bait. We showed that RCC-PIP is able to interact with a kinase (PfCDPK7) suggesting that RCC-PIP may act as a platform since it is able to interact with 2 enzymes with opposed activities. Analysis of the role of RCC-PIP in the parasite is currently underway. The production of a knock-in demonstrated the accessibility of the locus. A knock-out was also carried out, but the lack of integration of the plasmid suggests that RCC-PIP is essential to the parasite. To confirm this observation, a conditional knock-out in P. berghei is in progress.


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  • Détails : 1 vol. (228 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 171-196

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