Identification de protéines du complexe basal de Toxoplasma gondii et caractérisation de leur rôle dans la motilité et la division du parasite

Identification of Toxoplasma gondii basal complex proteins and characterization of their function in motility and division.

• Auteur / Autrice : Chloé Roumegous
• Direction : Karine Frenal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie - immunologie
• Date : Soutenance le 21/11/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbiologie fondamentale et pathogénicité (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Anne Royou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Besteiro, Mathieu Gissot, Isabelle Accoceberry
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sébastien Besteiro, Mathieu Gissot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie

Myosines

Toxoplasmose

Toxoplasma gondii

Mots clés libres

Toxoplasma gondii

Toxoplasmose

Anneau contractile

Complexe basal

Myosine

Microscopie d'expansion

Toxoplasma gondii

Toxoplasmosis

Contractile ring

Basal complex

Myosin

Expansion microscopy

Résumé

Par son importance en santé humaine, le toxoplasme est un parasite intensément étudié. Appartement au même phylum que Plasmodium, causant le paludisme, ou Cryptosporidium, causant la cryptosporidiose, le toxoplasme a aussi été utilisé comme modèle pour ces deux parasites qui étaient plus difficilement cultivables et modifiables génétiquement. Ce sont des parasites intracellulaires obligatoires et le cycle lytique du toxoplasme a été décrit en détail, principalement les étapes d’invasion et de sortie active des cellules hôtes, impliquant le pôle apical de cette cellule polarisée. A l’autre extrémité du parasite, le complexe basal restait plus mystérieux, bien que son importance pour la division et la motilité du parasite ne faisait aucun doute.Les travaux présentés ici participent à la compréhension de l’organisation et de la fonction du complexe basal. Par une approche de marquage de proximité, nous avons identifié des protéines localisées aux alentours de la myosine J (MyoJ), une protéine essentielle à la contraction du pôle basal lors de la division (Frénal et al., 2017). Une analyse bio-informatique nous a permis de sélectionner 12 protéines que nous avons localisées dans le parasite. Parmi ces protéines, neuf étaient effectivement situées au pôle postérieur et ont été nommées BCCs (Basal Complex Components). Nous avons localisé finement ces protéines au sein du complexe basal en utilisant notamment la microscopie d’expansion. Cela nous a permis de définir deux nouveaux sous-compartiments, situés au-dessus et en dessous des deux déjà décrits, et de proposer un nouveau modèle pour le complexe basal, prenant en compte des protéines précédemment caractérisées, MyoC et MyoJ ainsi que les alvéolines (IMCs) du pôle postérieur.La fonction des BCC a ensuite été étudié par la déplétion conditionnelle de chacune d’entre elles. Nous avons ainsi identifié BCC1, une protéine interagissant sans doute avec MyoJ au sein d’un anneau contractile. En effet, cette protéine possède le même phénotype que MyoJ et est essentielle à la localisation et la fonction de la myosine au pôle postérieur. Nos travaux ont permis de lier la perte de contraction à un défaut de motilité, pouvant expliquer la perte de virulence observer in vivo chez la souris (Frénal et al., 2017). Nous avons aussi caractérisé quatre nouvelles protéines, BCC5, BCC8, BCC10 et BCC11, ayant un rôle dans la formation ou le maintien des connexions interparasitaires à l’intérieur de la vacuole parasitophore. Trois d’entre elles sont présentes dans le nouveau sous-compartiment à l’interface entre les parasites et les connexions.

Because of its significance for human health, Toxoplasma gondii is an intensively studied parasite. It belongs to the apicomplexan phylum, with other known parasites, as Plasmodium and Cryptosporidium, the causative agents of the malaria and cryptosporidiosis, respectively. Thanks to the availability of molecular tools, Toxoplasma gondii has also been used as a model to study these two parasites. All are obligate intracellular parasites and Toxoplasma lytic cycle is now well described, mainly the invasion step and the egress from the host cell, involving the apical tip of the parasite. At the opposite side of the parasite, the basal complex is more mysterious, even if its roles in division and motility were unambiguous.The work presented in this thesis contributes to the comprehension of the organization and function of the basal complex. Using proximity labeling experiment, we identified proteins close to myosin J (MyoJ), a protein essential for the basal pole constriction during division (Frénal et al., 2017b). In silico analysis allow us to select 12 proteins that we localized in the parasite. Among those candidates, nine were actually at the posterior pole and therefore named BCCs for Basal Complex Components. We finely determine the organization of those proteins within the basal complex using immunofluorescence, including expansion microscopy. We thus described two new subcompartments, located above and under the two already identified and propose a new model for the basal complex, intergating also known proteins, such as MyoC, MyoJ and the basal alveolins (IMCs).The function of these proteins was assessed by conditional depletion. We identified BCC1, which may interact with MyoJ within a contractile ring system. Indeed, this protein shares the same phenotype as MyoJ and is essential for its localization and function at the basal complex. Our work also links, for the first time, the loss of basal contriction with a motility defect, and could therefore explain the loss of virulence observed in mice (Frénal et al., 2017b). Finally, we characterized four new proteins, BCC5, BCC8, BCC10 and BCC11, having a role in the formation or maintenance of the nanotubes connecting the parasites inside the parasitophorous vacuole. Three are localized in the most basal new subcompartment, at the junction between the parasites and the connections.