Étude du rôle de la cohésine dans la transcription des gènes régulés au cours du développement intra-érythrocytaire de Plasmodium falciparum

Investigating the role of cohesin in stage-specific transcription of the human malaria parasite

• Auteur / Autrice : Catarina Maria Da Silva Rosa
• Direction : Artur Scherf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et développement
• Date : Soutenance le 08/12/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Biologie des interactions hôte-parasite
• Jury : Président / Présidente : Olivier Silvie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lucy Glover, Mélanie Hamon, Jessica Bryant
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jonathan Weitzman, Jérôme Govin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Parasitologie

Cohésine

Plasmodium falciparum

Mots clés libres

Cohésine

Transcription

Plasmodium falciparum

Cohesin

Trancription

Plasmodium falciparum

Résumé

Le parasite du paludisme humain le plus virulent, Plasmodium falciparum, a un cycle de vie complexe entre son hôte humain et le moustique vecteur. Chaque étape est pilotée par un programme de transcription spécifique, mais avec un rapport relativement élevé de gènes à des facteurs de transcription spécifiques, on ne sait pas comment les gènes sont activés ou réduits au silence à des moments spécifiques. Le génome de P. falciparum est relativement euchromatique par rapport au génome des mammifères, à l'exception de gènes spécifiques qui sont uniquement hétérochromatinisés via HP1. Il semble y avoir une association entre l'activité des gènes et l'organisation spatiale ; cependant, les mécanismes moléculaires derrière l'organisation du génome ne sont pas clairs. Alors que P. falciparum manque de protéines organisatrices du génome clés trouvées dans les métazoaires, il possède tous les composants essentiels du complexe cohésine. Chez d'autres eucaryotes, la cohésine est impliquée dans la cohésion, la transcription et l'organisation du génome des chromatides soeurs. Pour étudier le rôle de la cohésine dans P. falciparum, nous avons combiné l'édition du génome, la spectrométrie de masse, l'immunoprécipitation et le séquençage de la chromatine (ChIP-seq) et le séquençage de l'ARN pour caractériser fonctionnellement la sous-unité cohésine Structural Maintenance of Chromosomes protein 3 (SMC3). L'inactivation de SMC3 aux premiers stades du cycle de développement intraérythrocytaire (IDC) a entraîné une régulation positive significative d'un sous-ensemble de gènes impliqués dans la sortie et l'invasion des érythrocytes, qui sont normalement exprimés à des stades ultérieurs. ChIP-seq de SMC3 a révélé que sur l'IDC, l'enrichissement au niveau des régions promotrices de ces gènes est inversement corrélé à leurs niveaux d'expression et d'accessibilité à la chromatine. Ces données suggèrent que la liaison de SMC3 aide à réprimer des gènes spécifiques jusqu'à leur moment d'expression approprié, révélant un nouveau mode de répression génique spécifique au stade et indépendant de HP1 chez P. falciparum.

The most virulent human malaria parasite, Plasmodium falciparum, has a complex life cycle between its human host and mosquito vector. Each stage is driven by a specific transcriptional program, but with a relatively high ratio of genes to specific transcription factors, it is unclear how genes are activated or silenced at specific times. The P. falciparum genome is relatively euchromatic compared to the mammalian genome, except for specific genes that are uniquely heterochromatinized via HP1. There seems to be an association between gene activity and spatial organization; however, the molecular mechanisms behind genome organization are unclear. While P. falciparum lacks key genome-organizing proteins found in metazoans, it does have all core components of the cohesin complex. In other eukaryotes, cohesin is involved in sister chromatid cohesion, transcription, and genome organization. To investigate the role of cohesin in P. falciparum, we combined genome editing, mass spectrometry, chromatin immunoprecipitation and sequencing (ChIP-seq), and RNA sequencing to functionally characterize the cohesin subunit Structural Maintenance of Chromosomes protein 3 (SMC3). SMC3 knockdown in early stages of the intraerythrocytic developmental cycle (IDC) resulted in significant upregulation of a subset of genes involved in erythrocyte egress and invasion, which are normally expressed at later stages. ChIP-seq of SMC3 revealed that over the IDC, enrichment at the promoter regions of these genes inversely correlates with their expression and chromatin accessibility levels. These data suggest that SMC3 binding helps to repress specific genes until their appropriate time of expression, revealing a new mode of stage-specific, HP1-independent gene repression in P. falciparum.