Régulation de la résistance de Plasmodium falciparum aux artémisinines : approches pharmacologiques et mécanistiques à visée thérapeutique

Regulation of Plasmodium falciparum’s resistance to artemisinins : pharmacological and mechanistic approches towards therapeutic applications

• Auteur / Autrice : Thibaud Reyser
• Direction : Françoise Benoît-Vical, Jean-Michel Augereau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacologie
• Date : Soutenance le 16/12/2020
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie de Coordination (Toulouse ; 1974-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Paludisme

Artémisinine

Plasmodium falciparum

Mots clés libres

Plasmodium falciparum

Alkoxyamines

G-quadruplex

Quiescence

Épigénétique

Artémisinine

Résistance

Inhibiteurs

Antipaludiques

Plasmodium falciparum

Alkoxyamines

G-quadruplex

Quiescence

Epigenetics

Artemisinin

Resistance

Inhibitors

Antimalarials

Résumé

Le paludisme, causé par un protozoaire hématophage, reste l’une des maladies infectieuses les plus importantes dans le monde. Près de 3 milliards de personnes vivent dans des zones à risque et, bien que la mortalité ait diminué au cours des 20 dernières années, cette maladie est encore responsable chaque année de plus de 400 000 décès. Au cours du XXème siècle, plusieurs antipaludiques, ciblant différentes voies biochimiques du parasite, ont été développés mais des résistances sont systématiquement apparues chez les parasites. Les artémisinines, médicaments de référence dans la lutte antipaludique, n’ont pas dérogé à la règle. Cette résistance aux artémisinines a ainsi émergé au Cambodge dès 2008 et s’est ensuite généralisée à l’ensemble de l’Asie du Sud-Est. Afin de contrecarrer l’émergence de cette résistance et sa diffusion, l’OMS recommande, depuis 2001, l’utilisation de combinaisons thérapeutiques (appelées CTAs) à base de dérivés d’artémisinine associés à une molécule partenaire. Cependant, des parasites résistants aux doubles thérapies sont apparus dès 2013. Cette résistance aux artémisinines est particulière puisqu’elle est basée sur un arrêt du cycle cellulaire (ou quiescence) du parasite en présence de ces composés. Ce mécanisme de résistance original entraîne l’extinction, chez le parasite, de la plupart des cibles thérapeutiques et impose un renouvellement de l’arsenal antipaludique via des approches pharmacologiques nouvelles. Dans ce contexte, l’étude présentée ici participe à la recherche de nouvelles stratégies thérapeutiques antipaludiques efficaces contre les parasites résistants aux artémisinines. Pour cela, trois approches ont été abordées : i) le criblage et l’étude du mode d’action d’inhibiteurs impliqués dans trois voies parasitaires différentes, que sont l’inhibition de la polymérisation de l’hème en hémozoïne, la stabilisation de structures G-quadruplex au sein du génome et la régulation épigénétique chez Plasmodium ; ii) la mise au point d’un test d’évaluation de l’activité de molécules sur les parasites quiescents, qui a permis l’identification de cibles potentiellement maintenues actives chez les parasites résistants et quiescents; iii) l’évaluation de l’implication de voies épigénétiques dans la résistance de Plasmodium falciparum aux artémisinines. L’ensemble de ces travaux permet de mieux appréhender le mécanisme de quiescence du parasite suite au traitement par les artémisinines et d’identifier des cibles prometteuses qui sont impliquées dans la régulation de gènes jouant un rôle clé dans le métabolisme parasitaire et dans le bon déroulement de son cycle de vie. Cette étude ouvre la voie vers le développement de nouvelles molécules capables d’éliminer ces parasites résistants à l’état de quiescence.

Malaria, caused by a haematophagus protozoon, remains one of the most severe infectious diseases in the world. About 3 billion people live in regions at risk and although mortality has decreased in the past 20 years, this disease is still responsible for the death of no less than 400,000 people. Throughout the 20th century, several antimalarials, targeting different biochemical pathways within the parasite, were developed to eradicate this disease. Yet, the parasites systematically managed to develop resistances. Artemisinins, the drugs of choice in the fight against malaria, were no exception to this rule. Artemisinin resistance thus emerged as early as 2008 in Cambodia and then spread to the rest of South-East Asia. In order to thwart its emergence and its spread, the WHO has recommended as early as 2001 the use of artemisinins in combination with a partner drug in the artemisinin combination therapies (also known as ACTs). However, the first cases of resistance to both drugs emerged in 2013. The peculiarity of this resistance relies on a unique mechanism involving a cell-cycle arrest -also known as quiescence or dormancy- of the parasite upon drug exposure. In this context, the present study hereby contributes to the search for new antimalarial therapeutic strategies that can efficiently target artemisinin-resistant parasites. For this purpose, three approaches were used: i) the screening and the study of the mode of action of inhibitors involved in 3 different parasitic pathways, namely the inhibition of heme polymerization into hemozoïn, the stabilization of G-quadruplex structures within the genome and the epigenetic regulation of gene expression in Plasmodium; ii) the development of an assay enabling the evaluation of a molecule’s activity towards quiescent parasites, which allowed the identification of targets that could potentially be maintained throughout quiescence; iii) the evaluation of the involvement of epigenetics in P. falciparum artemisinin resistance. Collectively, this work allows a better understanding of artemisinin-induced quiescence and identifies promising targets involved in the regulation of genes playing key roles in maintaining parasitic metabolism and in allowing the successful completion of the parasite’s life cycle. This study paves the way towards the development of new molecules potentially able to thwart artemisinin resistance.