Structure, Fonction et Evolution des Récepteurs Venus Kinase : rôles dans la reproduction du parasite Schistosoma mansoni

Structure, function and evolution of Venus Kinase Receptors - : roles in the reproduction of the parasite Schistosoma mansoni

• Auteur / Autrice : Mathieu Vanderstraete
• Direction : Colette Dissous-Lempereur
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Parasitologie et mycologie
• Date : Soutenance le 06/12/2013
• Etablissement(s) : Lille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'infection et d'immunité de Lille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ovogenèse

Reproduction

Schistosoma mansoni

Dissertations universitaires

Protein-tyrosine kinases

Ovogenèse

Reproduction (biologie)

Schistosoma mansoni

Tyrosine kinases

Mots clés libres

Récepteurs venus kinase

Ovogenèse

Reproduction

Schistosoma mansoni

Oogeneses

Résumé

Les récepteurs Venus Kinase ou VKR forment un nouvelle famille de récepteurs tyrosine kinase découverts au laboratoire. Ces récepteurs sont caractérisés par une organisation atypique associant un domaine extracellulaire de type Venus Flytrap (VFT) similaire à ceux des récepteurs couples aux protéines G de classe C à un domaine Tyrosine Kinase (TK) intracellulaire similaire à celui du récepteur à l’insuline (IR). Cette famille est présente uniquement chez les invertébrés dont notre modèle d’étude, le parasite plathelminthe Schistosoma mansoni. Les travaux réalisées à ce jour suggèrent que ces protéines jouent un rôle dans le développement des stades larvaires et la reproduction sexuée. Mon travail de thèse s’est intéressé à l’étude de cette famille de récepteurs et comporte trois axes principaux. Le premier concerne la mise à jour phylogénétique de la famille des VKR. Une analyse approfondie des données génomiques récentes nous a permis d’étendre la présence des VKR à près de 50 espèces dans cinq phyla invertébrés. La présence d’un VKR chez le cnidaire Nematostella vectensis suggère une émergence du récepteur avant l’apparition des bilatéraliens. Des analyses phylogénétiques ont mis en évidence la monophylie de l’ensemble des récepteurs ainsi que des importants niveaux de conservation des motifs fonctionnels VFT et TK. Des analyses de modélisation du domaine de fixation au ligand suggèrent que la majorité de ces récepteurs puissent être activables par des acides aminés de type L-Arginine. La découverte de VKR chez Nematostella vectensis, Lottia gigantea ou Capitella teleta s’avère prometteuse dans la mesure où ces modèles se prêtent parfaitement à l’embryologie moléculaire, et pourraient être utilisés pour étudier la fonction des VKR dans l’embryogenèse.La deuxième partie de mon travail s’est intéressée à la caractérisation fonctionnelle de SmVKR1 et SmVKR2, les deux VKR de Schistosoma mansoni. En utilisant le modèle d’expression ovocyte de Xénope, nous avons pu dans un premier temps déterminer que SmVKR1 et SmVKR2 sont activables par plusieurs et différents L-acides aminés. L’identification de partenaires intracellulaires par un criblage en double hybride de levure nous a permis de déterminer de nouveaux et inattendus partenaires d’interaction, suggérant des fonctions dans l’activation de voies TK conservées, mais également dans le remodelage du cytosquelette ou la synthèse protéique. Si les deux récepteurs activent les voies Akt, S6K et Erk1/2, seul SmVKR1 est capable d’activer la voie JNK. Les profils d’expression ont été déterminés par hybridation in situ et, si les deux gènes s’expriment dans l’ovaire, la localisation des transcrits est clairement distincte avec une expression de SmVKR2 au sein des ovocytes immatures et de SmVKR1 dans les ovocytes matures. Enfin des expériences d’ARN interférence sont venues confirmer un rôle de ces récepteurs au sein de l’ovogenèse, la diminution d’expression entraînant des phénotypes délétères sur la croissance et ovocytes et la ponte des oeufs. L’étude des voies de signalisation SmVKR1 a été également été entreprise au laboratoire, mettant en évidence l’importance de la protéine adaptatrice SmShb dans l’induction de la voie JNK par SmVKR1. L’ensemble de des résultats suggère que SmVKR1 aurait une fonction dans la migration des ovocytes et/ou dans la reprise de méiose par l’activation de la voie JNK, tandis que SmVKR2 aurait un rôle plus précoce, dans la croissance et/ou la prolifération des ovogonies. Enfin la dernière partie de mon travail de these visait à determiner si les VKR peuvent être considérés comme des cibles thérapeutiques intéressantes en vue du développement de nouvelles drogues anti parasitaires. [...]

Venus Kinase Receptors (VKR) represent a new family of receptor tyrosine kinases discovered in the lab. These receptors are characterized by an atypical structure composed of an extracellular ligand binding domain called Venus Flytrap, similar to those of class C G- protein coupled receptors, and an intracellular Tyrosine Kinase domain, very close to those of Insulin Receptors. These proteins are exclusively found in invertebrate organisms including our lab model, the parasitic platyhelminth Schistosoma mansoni. Current data strongly suggest a function for these receptors in larval development and reproduction. My thesis project concerns the study of this receptor family and is divided into three parts:The first part consists in an update of the VKR family phylogeny. Analyses of recent genomic data have allowed us to extend the presence of VKR to 50 species present in five bilaterian phyla. The presence of one VKR in the early-branching metazoan Nematostella vectensis suggested that VKR arose before the bilaterian radiation. Phylogenetic and gene structure analyses showed that all receptors identified grouped monophyletically, and likely evolved from a common ancestor. Multiple alignments of tyrosine kinase (TK) and VFT domains indicated their important level of conservation in all VKRs identified up to date. We showed that VKRs had inducible activity upon binding of extracellular amino-acids and molecular modeling of the VFT domain confirmed the structure of the conserved amino-acid binding site.The second part of my thesis project concerns the functional characterization of SmVKR1 and SmVKR2, which are two VKRs of Schistosoma mansoni. Using the Xenopus oocyte model as a protein expression system, we have been able to determine that SmVKR1 and SmVKR2 are activated by distinct and different ligands. The identification of intracellular binding partners using yeast two hybrid experiments allowed us to determine unexpected interacting proteins, suggesting functions for SmVKRs in kinase signaling and cytoskeleton remodeling. If both receptors are able to activate Akt, S6K and Erk 1/2 pathways, only SmVKR1 triggers the activation of Jnk proteins. Expression patterns were determined by in situ hybridization and highlighted the presence of both SmVKR1 and smVKR2 transcripts in the ovary. However, their localization within the ovary is different, with SmVKR1 transcripts detected exclusively in the anterior part of the ovary while SmVKR2 transcripts were found in the posterior part that only contains immature oocytes. RNA interference experiments further confirmed the importance of SmVKR proteins in oogenesis, since the knockdown of every gene led to the appearance of deleterious phenotypes in the ovary. Taken together, all these results strongly suggest that SmVKR1 could be involved in meiosis resumption or ovulation through JNK activation, while SmVKR2 would have an earlier function in the growth and/or proliferation of oogonies. Finally, the last part of my project concerned the assessment of VKR as a chemotherapeutic target. Taking advantage of the similarity between the catalytic domains of S. mansoni insulin receptors (SmIR1 and SmIR2) and Venus Kinase Receptors (SmVKR1 and SmVKR2), we studied the possibility to fight schistosomes by targeting simultaneously the four receptors with a single drug. We analyzed the potential of several IR and RTK inhibitors to inhibit kinase activities of both SmIR and SmVKR kinase domains recombinantly expressed in Xenopus oocytes. Among the different compounds tested, tyrphostin AG1024 emerged as the most potent inhibitor towards the four receptors. In vitro experiments then demonstrated that treatment with AG1024 led to dramatic effects on the viability of larval and adult schistosomes as well as on the fertility of adult worms. We assume that AG1024 represents a valuable hit compound for further design of anti-kinase drugs applicable to anti-schistosome chemotherapy.