Caractérisation fonctionnelle et implication du facteur de transcription TgAP2X-5 dans la régulation des gènes de virulence chez Toxoplasma gondii

Functional characterization and implication of the TgAP2X-5 transcription factor in the regulation of Toxoplasma gondii virulence gene

• Auteur / Autrice : Kevin Lesage
• Direction : Mathieu Gissot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Parasitologie
• Date : Soutenance le 20/12/2017
• Etablissement(s) : Lille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Center for Infection and Immunity of Lille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines de liaison à l'ADN

Apicomplexa

Virulence

Régulation de l'expression des gènes

Facteur de transcription AP-2

Dissertations universitaires

Toxoplasma

Protéines de liaison à l'ADN

Apicomplexes

Régulation (biologie)

Toxoplasma gondii

Mots clés libres

Toxoplasma gondii

Virulence

Facteur de transcription

ApiAP2

Régulation

Apetela

Apetala

Toxoplasma gondii

Virulence

ApiAp2

DNA binding

Transcription factor

Apicomplexa

Résumé

Toxoplasma gondii est un eucaryote unicellulaire appartenant au phylum des Apicomplexes. Ce parasite intracellulaire obligatoire est la cause d’une pathologie sévère pour les fœtus des femmes enceintes primo-infectées ainsi que pour les personnes immunodéprimées. Son cycle de vie est complexe et comporte plusieurs étapes de prolifération et différenciation. Le stade tachyzoïte est responsable de la phase aigüe de la maladie chez les humains. Le tachyzoïte exprime des facteurs d'invasion et de virulence cruciaux pour sa survie et le détournement de la cellule hôte. L'expression de ces facteurs de virulence est hautement régulée pour permettre leur adressage correct dans des organites spécifiques appelés rhoptries et micronèmes. Cependant, peu d'informations sont connues sur les acteurs contrôlant l'expression de ces gènes de virulence. Les ApiAP2 appartiennent à une famille conservée de facteur de transcription (FT) et jouent un rôle important dans la régulation de la transcription des gènes chez les parasites apicomplexes. Des études menées au laboratoire ont révélés la capacité du FT TgAP2XI-5 à se fixer sur des promoteurs de gènes transcriptionnellement actifs durant les phases S/M du cycle cellulaire. Ce moment correspond au pic d’expression les gènes de rhoptrie et de micronème. Cependant, l'expression de TgAP2XI-5 est constitutive durant le cycle cellulaire chez le tachyzoïte. Dans le but de comprendre comment sa fonction dépendante du cycle cellulaire est régulée, nous avons identifié des potentiels partenaires d'interactions dont TgAP2X-5, un autre FT ApiAP2 dont l’expression est régulée durant les phases S/M du cycle. L'utilisation d'un système d'expression inductible ainsi que des expériences de séquençage des ARN nous ont permis de démontrer que la perte d'expression de TgAP2X-5 induit une diminution du nombre de transcrits codant pour les protéines de rhoptrie et de micronème. Alors que la perte d'expression de TgAP2X-5 n'influence pas de manière significative l'invasion et la croissance du parasite, nous observons une perte totale de virulence de la souche parasitaire in vivo. Pour mieux comprendre les mécanismes moléculaires mis en jeu, nous nous sommes demandés si la fixation de TgAP2XI-5 sur ces promoteurs cible est conservée en absence de TgAP2X-5. Par des expériences de ChIP-chip, nous avons montrés que l'absence de TgAP2X-5 conduit à une incapacité de fixation de TgAP2XI-5 sur des promoteurs de gènes de rhoptrie. L'ajout d'une copie du gène TgAP2X-5 sous son propre promoteur dans la souche mutante est capable de restaurer l'expression des protéines de rhoptrie préalablement affectée. Toutes ces expériences montrent pour la première fois une coopération des FT APiAP2 dans la régulation des gènes chez les Apicomplexes.

Toxoplasma gondii is a unicellular eukaryote belonging to the Apicomplexa phylum. It is an obligate intracellular parasite of critical importance to primarily infected pregnant women and immunosuppressed patient. Its life cycle is complex, with multiple proliferation and differentiation steps, of which tachyzoite proliferation is the most relevant to pathogenesis in humans. Tachyzoites express invasion and virulence factors that are crucial for their survival and the manipulation of host cell functions. Expression of these virulence factors is tightly regulated permitting their correct targeting in specific organelles named rhoptry and microneme. However, little is known about the factors controlling the expression of genes encoding the virulence factors. ApiAP2 are a family of conserved transcription factors (TF) that play an important role in regulating gene expression in apicomplexan parasites. Previous studies had revealed the ability of one of these TFs, TgAP2XI-5, to bind to transcriptionally active promoters of genes expressed during the S/M phase such as rhoptry and micronemes genes. However, expression of TgAP2XI-5 is constitutive during the tachyzoite cell cycle. To better understand how its function is regulated, we identified proteins interacting with TgAP2XI-5 including a cell cycle regulated ApiAP2 TF, TgAP2X-5. Using an inducible knock-down strategy and RNA-Seq, we demonstrate that the level of expression of number of rhoptry and microneme transcripts is affected by the disruption of TgAP2X-5 expression. While TgAP2X-5 disruption has mild effect on parasite growth and invasion, it leads to the strain avirulence in mice. To better understand the molecular mechanisms at stake, we investigated the binding of TgAP2XI-5 at promoters in the TgAP2X-5 mutant in a genome-wide assay. We show that disruption of TgAP2X-5 expression leads to defects in TgAP2XI-5 binding to multiple rhoptry gene promoters. Complementation of the TgAP2X-5 mutant restores the expression of rhoptry proteins previously affected. This is the first evidence of a cooperative action of ApiAP2 TF in Apicomplexa.