Bases moléculaires et structurales de l’interaction entre deux calréticulines de parasite et la protéine humaine C1q

Deciphering the molecular and structural mechanism of the interaction between two parasite calreticulins and the human protein C1q

• Auteur / Autrice : Christophe Moreau
• Direction : Christine Gaboriaud, Nicole Thielens
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie structurale et nanobiologie
• Date : Soutenance le 01/10/2015
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie structurale (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Christelle Breton
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicole Thielens, David Pignol, Régis Daniel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lubka Roumenina, Claudine Mayer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayons X -- Diffusion

Rayons X -- Diffraction

Entamoeba histolytica

Calréticulines

Parasites

Immunité

Complément (immunologie)

Mots clés libres

C1q GRC1q recombinantes

Calréticuline

Biologie structurale

Trypanosoma cruzi Entamoeba histolytica

Immunité innée

Stratégie subversion pathogènes

C1q GRC1q recombinantes

Calreticulin

Structural biology

Trypanosoma cruzi Entamoeba histolytica

Innate immunity

Pathogens subversion strategies

Résumé

Au cours de cette thèse, nous avons étudié plus particulièrement deux calréticulines de parasite et leur interaction avec la protéine C1q humaine, dans un contexte de détournement du système immunitaire. En effet, une stratégie de mimétisme moléculaire avec des cellules apoptotiques a été proposée pour l'exposition de calréticuline à la surface de la forme infectieuse du parasite Trypanosoma cruzi, agent vecteur de la maladie de Chagas. Dans le cas du parasite Entamoeba histolytica, agent vecteur de l'amibiase, l'interaction de C1q avec la calréticuline exposée à la surface de l'amibe est utilisée pour mieux phagocyter les cellules de l'hôte.La calréticuline est une protéine principalement localisée dans le réticulum endoplasmique où elle joue le rôle de protéine chaperonne en favorisant le repliement des protéines monoglucosylées. Une des fonctions extracellulaires de la calréticuline humaine est de favoriser l'élimination des cellules apoptotiques par les macrophages. Pour cela, la calréticuline est exposée à la surface des deux types cellulaires, à la surface desquelles elle est reconnue par C1q.Nous avons résolu la structure de fragments des deux CRTs de parasite. Des interactions de type chaperonne et un aperçu de la flexibilité du domaine P ont été observés dans l'empilement cristallin et approfondis par analyse de diffusion des rayons X aux petits angles. Ces fragments générés pour l'analyse structurale nous ont permis en plus d'identifier une région clé dans l'interaction des calréticulines avec C1q. Du côté de C1q, deux mutations dans les régions globulaires de C1q (GRC1q), inhibent l'interaction avec la CRT et les IgM, suggérant un site partagé. Pour approfondir la caractérisation de l'interaction, des études du complexe par RMN ont débuté et nous avons développé une première forme recombinante monocaténaire de GRC1q, dont nous avons déterminé la structure. Nos recherches peuvent aider à développer des traitements contre ces parasites, aussi bien qu'à décrypter le rôle de la CRT des mammifères présente à la surface des macrophages et des cellules apoptotiques.

During this thesis, we were interested in two parasite calreticulin and their interaction with the human C1q protein in the context of the subversion of the immune system. Indeed, a molecular mimicry strategy with human apoptotic cells is suggested for the calreticulin exposure on the surface of the infectious form of the parasite Trypanosoma cruzi, which is responsible of Chagas' disease. In the case of the parasite Entamoeba histolytica, which is involved in amoebiasis, the interaction of C1q with the surface-exposed calreticulin is used to enhance phagocytosis of host cells.Calreticulin is mainly localised in the endoplasmic reticulum, where it acts as a chaperone protein to favour the folding of monoglycosylated proteins. Moreover one of the extracellular functions of human calreticulin is to enhance the clearance of apoptotic cells by macrophages. This function is mediated through C1q interaction with calreticulin exposed on the surface of both cells.We solved the structure of fragments of both parasite calreticulins. Chaperone-like interactions and an overview of the flexibility of the P domain were observed in the crystal packing and deepened using SAXS analyses. The fragments generated for X-ray crystallography studies allowed us to identify a key region of the interaction between C1q and the calreticulins. Two C1q mutations located in its globular regions (GRC1q) inhibit the interaction with calreticulin and IgM, suggesting a common binding area. To further characterise theses interactions, we started NMR experiments and we produced the first single-chain recombinant form of GRC1q, which allowed solving its structure at high-resolution. Our investigations could provide tools to develop therapies against these parasites, and to decipher the role of mammal CRT on the surface of macrophages and apoptotic cells.