MORC, un régulateur épigénétique au carrefour des trajectoires développementales du parasite T. gondii

Developmental barriers in T. gondii : MORC at the onset of epigenetic rewiring of the parasite's cell fate

• Auteur / Autrice : Dayana Farhat
• Direction : Mohamed-Ali Hakimi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Soutenance le 22/10/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut pour l'avancée des biosciences (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Tardieux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed-Ali Hakimi, Guillaume Moissiard, Shelley L. Berger
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Artur Scherf, Thierry Lagrange

Mots clés

Mots clés contrôlés

Régulation génétique

Transcription génétique

Épigénétique

Immunoprécipitation de la chromatine

Toxoplasmose

Mots clés libres

Toxoplasma gondii

Expression génique

Epigenetique

Biologie du chromatin

Developpement

Epigenetic

Gene expression

Toxoplasma gondii

Chromatin biology

Development

Résumé

Toxoplasma gondii est l’agent pathogène responsable de la toxoplasmose, une maladie sans gravité lorsqu'elle est contractée chez un sujet immunocompétent ou en dehors d'une grossesse. Lorsqu’elle est congénitale, la toxoplasmose peut se manifester par des malformations neurologiques sévères et une atteinte de la rétine, pouvant conduire à la cécité. La toxoplasmose peut être aussi gravissime chez le malade immunodéprimé (SIDA - greffes d'organes - thérapies anticancéreuses). Les principaux modes de contamination sont d’origine alimentaire. L’homme se contamine habituellement en ingérant les kystes présents dans les viandes, ou des oocystes provenant des matières fécales d’un chat infecté et souillant les légumes, les fruits ou l’eau. Si la reproduction sexuée constitue un élément central dans la pathogénèse de la toxoplasmose et la transmission du parasite entre les animaux, cette étape clé du cycle parasitaire reste encore mal étudiée à l’échelle moléculaire, en partie dû à la difficulté à cultiver in vitro les formes sexuées ; pour des raisons évidentes d’éthique, l’utilisation de chats est quant à elle restreinte par la législation. Le destin cellulaire d’un parasite est apparemment prédéterminé par des mécanismes épigénétiques modifiant de manière réversible, transmissible et adaptative, l'expression des gènes sans en changer la séquence d’ADN. Nous avons montré que l’épi-drogue FR235222 en inhibant l’enzyme HDAC3 modifie les trajectoires développementales et promeut l’apparition dans les cultures in vitro des formes latentes et sexuées. Au cours de ma thèse j’ai étudié protéine Microrchidia (MORC), initialement identifiée comme un partenaire de HDAC3. Les protéines MORC interviennent dans la réponse aux dommages à l'ADN et la répression des transposons et bien que conservées chez les eucaryotes restent peu étudiées. Nous avons résolu l’interactome spécifique de MORC qui réunit HDAC3 mais aussi plusieurs facteurs de transcription apetala (AP2). L’immunoprécipitation de chromatine de la protéine MORC, couplée au séquençage massif (ChIP-seq), a montré que la protéine MORC co-localise parfaitement avec HDAC3 à la chromatine au voisinage de plus de 1600 gènes dont l’expression est connue pour être restreintes au stades sexués et latents (sporozoites et bradyzoite). L’épuisement de la protéine MORC de manière inductible par le système dégron induit à l’auxine (AID) confirme la répression par MORC des gènes susmentionnés et de leurs protéines. Le phénomène de transition vers les stades sexués est quasi exhaustif et très peu de gènes échappent à cette régulation par MORC. Nous avons montré que MORC est nécessaire à l’adressage à la chromatine de HDAC3, et émettons l’hypothèse que les facteurs AP2 co-purifiés apportent la spécificité de reconnaissante à l’ADN. Nos données montrent également un schéma de régulation beaucoup plus complexe puisque la déplétion de MORC dans les parasites conduit à l’induction de facteurs AP2 dits secondaires qui aurait pour mission de guider les trajectoires développementales et de garantir l’unidirectionnalité du cycle parasitaire, un élément clé de la persistance et de la transmission entre les hôtes définitifs/intermédiaires de Toxoplasma gondii.

Toxoplasma gondii has a complex life cycle that is typified by asexual development that takes place in vertebrates, and sexual reproduction, which occurs exclusively in felids and is therefore less studied. The developmental transitions rely on changes in the patterns of gene expression, and recent studies have assigned roles for chromatin shapers, including histone modifications, in establishing specific epigenetic programs for each given stage. Here, we identified the T. gondii microrchidia (MORC) protein as an upstream transcriptional repressor of sexual commitment. MORC, in a complex with Apetala 2 (AP2) transcription factors, was shown to recruit the histone deacetylase HDAC3, thereby impeding the accessibility of chromatin at the genes that are exclusively expressed during sexual stages. We found that MORC-depleted cells underwent marked transcriptional changes, resulting in the expression of a specific repertoire of genes, and revealing a shift from asexual proliferation to sexual differentiation. MORC acts as a master regulator that directs the hierarchical expression of secondary AP2 transcription fac- tors, and these transcription factors potentially contribute to the unidirectionality of the life cycle. Thus, MORC plays a cardinal role in the T. gondii life cycle, and its conditional depletion offers a method to study the sexual development of the parasite in vitro, and is proposed as an alternative to the requirement of T. gondii infections in cats.