Elucidating the canonical and non-canonical functions of the autophagy protein TgATG8 in the apicomplexan parasite Toxoplasma gondii

par Maude Leveque

Thèse de doctorat en Biologie Santé

Sous la direction de Sébastien Besteiro.

  • Titre traduit

    Caractérisation des fonctions canoniques et non canoniques de la protéine d'autophagie TgATG8 chez le parasite apicomplexe Toxoplasma gondii


  • Résumé

    L'autophagie est un processus d'auto-dégradation conservé chez la plupart des eucaryotes. Généralement induit par un stress nutritif, il requiert la formation d'un compartiment à double membrane appelé l’autophagosome qui séquestre et transporte des composants intracellulaires dégradés et recyclés dans le lysosome. La protéine ATG8, qui occupe une position centrale dans ce processus, est recrutée aux membranes de l’autophagosome par un système de conjugaison très régulé. Toxoplasma gondii est un protozoaire parasite appartenant au phylum des Apicomplexes, qui contient une machinerie d'autophagie réduite. Suite à un stress nutritif, ce parasite intracellulaire obligatoire est néanmoins capable de générer des autophagosomes décorés par TgATG8. De façon surprenante, en condition normale de croissance intracellulaire, cette protéine se localise principalement à l’apicoplaste, un plaste non photosynthétique acquis par endosymbiose secondaire qui contient des voies métaboliques essentielles à la survie du parasite. Le but de ma thèse a été d’élucider les fonctions canoniques et non canoniques d‘ATG8 chez Toxoplasma. La première partie de cette étude porte sur la caractérisation fonctionnelle et spatio-temporelle de l'association de TgATG8 avec l’apicoplaste. Nous avons montré que TgATG8 est recrutée aux extrémités de l’apicoplaste en élongation, ce qui permet le maintien de l’organelle à travers les générations en le connectant aux centrosomes pour une répartition dans les deux cellules filles. La deuxième partie de ce travail vise à isoler et identifier par spectrométrie de masse des partenaires putatifs de TgATG8 qui seraient impliqués dans l’autophagie ou dans le rôle non-canonique à l’apicoplaste. Nous avons analysé la localisation subcellulaire de neuf candidats et des caractérisations fonctionnelles ont été entreprises pour trois protéines. Bien que nous n’ayons pas pu confirmer leurs interactions avec TgATG8, cela a permis l'identification de nouvelles protéines parasitaires: une phospholipase à l’apicoplaste essentielle à la survie du parasite, un régulateur potentiel du cycle cellulaire et un composant du cytosquelette du parasite.


  • Résumé

    Autophagy is a self-degradative process evolutionary conserved among eukaryotes. Typically induced by starvation, it involves the formation of a double membrane compartment called the autophagosome to sequester and deliver intracellular components for lysosomal degradation and recycling. The protein ATG8 occupies a central position in this process and is recruited to autophagosomal membranes by a highly regulated conjugation system. Toxoplasma gondii is a parasitic protist belonging to the Apicomplexa phylum, which possesses a reduced autophagy machinery. This obligate intracellular parasite is nevertheless able to generate TgATG8-decorated autophagosomes upon nutrient stress. Surprisingly, during normal intracellular parasite growth, TgATG8 mainly localizes to the apicoplast, a non-photosynthetic plastid acquired by secondary endosymbiosis which hosts essential metabolic pathways. My thesis aimed to elucidate the canonical and non-canonical roles of ATG8 in Toxoplasma. The first part of this study is the functional and spatio-temporal characterization of TgATG8 association with the apicoplast. We showed TgATG8 is recruited to both ends of the elongating plastid during parasite division, and allows the maintenance of the organelle across generations by permitting its centrosome-driven distribution into the two daughter cells. The second part of this work is the isolation and mass spectrometry-based identification of putative TgATG8-interacting proteins that would be involved in autophagy-related or non-canonical functions. We analyzed the subcellular localization of nine candidates and functional studies were conducted for three proteins. Although we were unable to confirm their interactions with TgATG8, this approach allowed the identification of novel and important parasite proteins: an essential apicoplast phospholipase, a potential regulator of the cell cycle, and a component of the parasite cytoskeleton.

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