Identification et caractérisation moléculaires de protéines impliquées dans l’invasion chez Toxoplasma gondii

Identification and molecular characterisation of proteins involved in invasion of Toxoplasma gondii

• Auteur / Autrice : Justine Heckendorn
• Direction : Maryse Lebrun, Catherine Braun-Breton
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 09/02/2021
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Dynamique des Interactions Membranaires Normales et Pathologiques (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Jean-François Dubremetz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maryse Lebrun, Catherine Braun-Breton, Jean-François Dubremetz, Dominique Soldati-Favre, Sabrina Marion, Olivier Silvie
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dominique Soldati-Favre, Sabrina Marion

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protozoaires pathogènes

Organites

Toxoplasma gondii

Mots clés libres

Parasite

Toxoplasma gondii

Organelles

Invasion

Sécrétion

Rhoptries

Parasite

Toxoplasma gondii

Organelles

Invasion

Secretion

Rhoptries

Résumé

L’invasion de la cellule hôte par les parasites Apicomplexes est médiée par la sécrétion séquentielle et coordonnée de deux types d’organites apicaux spécialisés : les micronèmes et les rhoptries. Les mécanismes de l’exocytose de ces organites restent peu connus. Les Apicomplexes font partie, avec les Ciliés et les Dinoflagellés, du phylum des Alveolés. Les Alveolés, bien qu’ayant de substantielles différences morphologiques, partagent notamment la présence d’organites sécrétoires. Chez Paramecium tetraurelia, un Cilié, de précédentes études ont permis d’observer que l’exocytose des trichocystes, leurs organites sécrétoires, pouvait être induite par diverses stimulations. En analysant des mutants déficients pour l’exocytose, nommés Nd pour « non-discharge », ces études ont identifié des composants essentiels du système de fusion membranaire.Notre équipe a démontré précédemment la conservation des gènes Nd6 et Nd9 chez Toxoplasma et Plasmodium et leur implication dans l’invasion et la sécrétion des rhoptries. Nd6 et Nd9 appartiennent à un complexe comprenant deux autres facteurs également conservés chez les Ciliés et que l’équipe a montré nécessaire à la sécrétion des rhoptries et des organelles de sécrétion d’un autre cilié Tetrahymena. Ces résultats supportent l’hypothèse d’un mécanisme d’exocytose des rhoptries conservé chez les Alveolés.Chez Tetrahymena, les gènes impliqués dans la biogenèse et la sécrétion des organites de défense sont exprimés au cours du cycle de façon synchronisée. Dans un criblage bio-informatique, nous avons identifié les gènes de Tetrahymena co-régulés avec le gène Nd6 conservés chez les Apicomplexes. Nous avons démontré que deux protéines de Toxoplasma gondii, appelées Nd11 et Nd12 et identifiées par ce criblage, sont impliquées dans l’invasion, et que l’incapacité à envahir en l’absence de ces protéines pourrait être liée à une perte de la capacité à secréter les rhoptries. Nd11 et Nd12 sont localisées dans le cytoplasme de manière ponctuée et possèdent de nombreux domaines transmembranaires ainsi que des domaines prédits d’interaction avec des protéines ou des sucres. Par Co-immunoprécipitation et spectrométrie de masse, nous avons démontré que Nd11 et Nd12 interagissaient entre elles et avec deux autres protéines inconnues, impliquées dans les mécanismes d’invasion et de sécrétion des rhoptries et possédant des domaines de liaison aux sucres. Notre étude supporte l’hypothèse de la conservation des mécanismes de sécrétion au sein des Alveolata et valide l’utilité des études comparatives entre espèces comme stratégie d’identification d’effecteurs de l’exocytose chez les Apicomplexes. En outre cette étude a permis l’identification d’un nouveau complexe protéique essentiel à la sécrétion des rhoptries chez T. gondii.

Host cell invasion by apicomplexan parasites is governed by coordinated and sequential exocytosis of specialized apical organelles: micronemes and rhoptries. Our knowledge on exocytosis mechanisms of these organelles remains incomplete. Together with Ciliata and Dinoflagellata, apicomplexan parasites belong to the Alveolata superphylum. Although morphologically different, Alveolata share several features, including the presence of secretory organelles. Previous studies in the Ciliata Paramecium tetraurelia showed that the exocytosis of their defensive extrusive organelles, called trichocysts, could be triggered upon stimulation. Studies on Paramecium mutants defective for trichocysts exocytosis (called Nd for “non-discharge”), led to the identification of essential components of the trichocysts-membrane fusion machinery. Previously, our team showed that some of these Nd genes have orthologs in T.gondii and P.falciparum (Nd6 and Nd9), which are involved in rhoptry secretion and invasion. This phylogenetic conservation was further explored and prompted the identification of T.gondii orthologs in Tetrahymena as new Nd genes. These results support the hypothesis of an Alveolate conserved mechanism for rhoptry secretion.Given that in Ciliata, Nd genes and trichocysts biogenesis-related genes are similarly transcribed, we then identified genes co-regulated with the Tetrahymena Nd6 gene and conserved in Apicomplexa. From this screen, we showed that 2 genes of T.gondii encoding Nd11 and Nd12 are involved in invasion and their the knock-down leads to loss of rhoptry secretion. Nd11 and Nd12 are cytosolic proteins and possess multiple transmembrane domains, protein-protein interaction and sugar binding domains. Mass spectrometry and co-immunoprecipitation assays showed a reciprocal interaction between Nd11 and Nd12, and identified 2 other unknown proteins, TgME49_277910 and TgME49_247115 both also shown to be involved in rhoptrie secretion. In conclusion, by combining a phylogenetic with a transcriptomic approach we identified a new complex, essential for rhopty secretion, in T.gondii and new effectors of exocytosis in apicomplexan parasites.