Analyse évolutive et fonctionnelle des Macrophage Migration Inhibitory Factors chez les eucaryotes

Evolutionary and functional analysis of MIF in eukaryotes

• Auteur / Autrice : Claire Michelet
• Direction : Christine Coustau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 30/11/2018
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Nice (1965-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Sophia Agrobiotech (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) - Institut Sophia Agrobiotech [Sophia Antipolis]
• Jury : Président / Présidente : Marie-Noëlle Rosso
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Noëlle Rosso, Guillaume Mitta, Eric Viscogliosi, Gabriel Markov, Ana Raquel Mateus Tavares
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillaume Mitta, Eric Viscogliosi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mort cellulaire

Cellules eucaryotes

Cytokines

Mots clés libres

Macrophage Migration Inhibitory factor

Reconstructions phylogénétiques

Eucaryotes

Inhibition de mort cellulaire

Macrophage Migration Inhibitory factor

Phylogenetic reconstructions

Eukaryotes

Cell death inhibition

Résumé

Les cytokines MIFs (Macrophage Migration Inhibitory Factor) sont des protéines multifonctionnelles qui, chez les mammifères, interviennent dans plusieurs processus majeurs tels que le contrôle du cycle et de la mobilité cellulaire, l’activation de la réponse immunitaire et l’inhibition de l’apoptose. Des travaux récents montrent que les protéines MIFs peuvent également jouer un rôle majeur dans l’immunité des invertébrés, et être utilisées par des organismes parasites d’animaux ou de végétaux pour inhiber les défenses de leurs hôtes respectifs, ce qui soulève la question de leur diversité, de leur histoire évolutive et des potentielles différences fonctionnelles. L’objectif général de ce travail de thèse était d’explorer la diversité et l’histoire évolutive des protéines MIFs à une échelle trans-règne, puis de rechercher leurs éventuelles différences fonctionnelles, en se focalisant sur les systèmes plantes-pathogènes. Nous avons tout d’abord identifié les MIFs chez 803 espèces de plantes, champignons, protistes, et métazoaires, et analysé leur présence/absence et histoire évolutive en fonction des taxa, de l’écologie et du mode de vie (libre ou parasitaire) des espèces. Nous avons montré que l’histoire évolutive des MIFs, chez les eucaryotes, est complexe et implique des duplications ancestrales ainsi que des pertes multiples ou des re-duplications récentes. Les plantes (espèces libres autotrophes) et les parasites de plantes (autres que champignons) possèdent un nombre médian de trois MIFs, alors que les espèces hétérotrophes et les parasites d’animaux ont un nombre de MIF plus faible et/ou plus variable. De plus, les protéines MIFs semblent essentielles et fortement conservées, avec de nombreux résidus sous sélection purifiante, chez certains groupes comme les plantes, alors que dans d’autres groupes, elles semblent facultatives (e.g. champignons) ou présentes en plusieurs copies divergentes (e.g. nématodes, insectes), ce qui suggère de potentielles néofonctionalisations. Nous avons ensuite analysé l’effet des protéines MIFs de plusieurs espèces sur la mort cellulaire en système végétal. Tous les organismes testés (plantes oomycètes, protozoaires, insectes et nématodes), y compris ceux n’ayant pas d’interaction avec les plantes, possèdent au moins une protéine MIF capable d’inhiber cette mort cellulaire. Cela suggère que l’inhibition de la mort cellulaire en plante ne correspond pas à une néofonctionalisation des MIFs de parasites de plantes, mais serait liée à des propriétés structurales et conservées des MIFs. Toutefois, aucun des paramètres étudiés (localisation subcellulaire) ou prédits in silico (présence de motifs, structures 3D, oligomérisation, modifications post-traductionnelles) ne semble lié à cette activité d’inhibition de la mort cellulaire. De futures études fonctionnelles poussées sont nécessaires à l’élucidation des relations structure/fonction de ces protéines complexes.

Macrophage migration inhibitory factors (MIF) are multifunctional proteins regulating major processes in mammals, including control of the cell cycle and migration, activation of innate immune responses, and prevention of p53-mediated apoptosis. MIF proteins also play a role in innate immunity of invertebrate organisms or serve as virulence factors in parasitic organisms, raising the question of their evolutionary history and of a putative differential evolution of structure/function relationships. The general aim of this PhD was to explore the diversity and evolutionary history of MIF proteins accross kingdoms, and to investigate their potential functional differences, with a special emphasis on host-parasite systems. We first performed a broad survey of MIF presence or absence and evolutionary relationships across 803 species of plants, fungi, protists, and animals, and explored a potential relation with the taxonomic status, the ecology, and the lifestyle of individual species. We show that MIF evolutionary history in eukaryotes is complex, involving ancestral duplications, multiple gene losses and recent clade-specific re-duplications. Of note, plants and plant parasites (other than fungi) harbour a median number of three MIFs, while heterotrophic and animal parasite species harbour a lower or/and variable MIF number. Intriguingly, MIFs seem to be essential and highly conserved with many sites under purifying selection in some kingdoms (e.g. plants), while in other kingdoms they appear more dispensable (e.g. in fungi) or present in several diverged variants (e.g. insects, nematodes), suggesting potential neofunctionalizations within the protein superfamily. We then analysed the effect of MIF proteins from selected species on plant cell death. All organisms tested (plant, oomycetes, protozoa, insects, and nematodes) including species that are not in interaction with plants, possess at least one MIF protein showing a significant cell death inhibitory effect. This suggests that plant cell death inhibition does not result from a neofunctionalization of MIF from plant-parasites, and is related to conserved structural features of MIF proteins. However, none of the parameters predicted in silico (sequence motifs, 3D structures, oligomerization, post-traductional modifications) appeared to be related to the cell death inhibitory activity. Future extensive functional studies are necessary to unravel the structure-function relationship of these evolutionarily and functionally complex proteins.