Caractérisation d'une phospholipase patatin-like impliquée dans la biologie des gouttelettes lipidiques chez Trypanosoma brucei

Characterization of a patatin-like phospholipase involved in lipid droplet biology in Trypanosoma brucei

• Auteur / Autrice : Perrine Hervé
• Direction : Loïc Rivière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie - immunologie
• Date : Soutenance le 06/12/2024
• 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 : Sébastien Mongrand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine L. Jackson, Rachel Cerdan, Maude Leveque
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine L. Jackson, Rachel Cerdan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lipides

Métabolisme

Phospholipases

Gouttelettes lipidiques

Trypanosoma brucei

Mots clés libres

Trypanosoma brucei

Gouttelettes lipidiques

Phospholipase

Patatine

Métabolisme

Lipides

Trypanosoma brucei

Lipid droplets

Phospholipase

Patatin

Metabolism

Lipids

Résumé

Les trypanosomes africains sont des parasites protozoaires flagellés responsables de maladies mortelles chez l’Homme (Trypanosomiase humaine africaine ou maladie du sommeil) et les animaux (Trypanosomiase animale africaine ou Nagana). Trypanosoma brucei représente l’organisme modèle de l’étude de ces pathogènes. Ce parasite alterne entre un hôte mammifère et un insecte diptère hématophage assurant la transmission vectorielle, la mouche tsétsé, retrouvée uniquement en Afrique Subsaharienne. Lors de cette évolution cyclique, le pathogène doit traverser différents tissus (peau, tissu sanguin et lymphatiques, tissu adipeux chez les mammifères ; tractus digestif, glandes salivaires chez l’insecte), et montre ainsi de grandes capacités d’adaptations à ces différents milieux. Pour pouvoir compléter ce cycle et s’adapter à ses différents hôtes, T. brucei est capable de modifier rapidement sa morphologie et son métabolisme. Dans ces conditions, la mobilisation et l’utilisation de lipides est particulièrement essentielle à la survie de ces parasites. Ces molécules entrent dans de nombreux processus cellulaires très variés, incluant le maintien et le renouvellement des membranes cellulaires (constituées de phospholipides), le métabolisme énergétique, les voies de signalisation cellulaire et la régulation de l’expression des gènes. Une telle mobilisation dans les cellules est permise grâce à un compartiment hautement dynamique appelé gouttelettes lipidiques. Cet organite atypique entouré d’une monocouche de phospholipides forme une plateforme métabolique cellulaire et représente un intérêt grandissant chez l’Homme par ses rôles potentiels dans les maladies métaboliques et neurodégénératives ou les cancers. Chez les parasites protozoaires, l’étude très récente de ces organites montre des rôles dans la survie et la virulence chez l’hôte mammifère.Le projet de cette thèse visait à identifier et caractériser de nouvelles protéines liées aux gouttelettes lipidiques de T. brucei pour comprendre leur fonction chez le parasite. Nous avons découvert une nouvelle phospholipase dite patatin-like que nous avons appelé TbPat. Nous avons montré par différentes techniques d’imagerie que TbPat est retrouvée à la surface des gouttelettes lipidiques du parasite. L’expression de cette protéine est fortement régulée par le parasite et répond notamment à des signaux de formation de nouvelles gouttelettes lipidiques, comme l’oléate, montrant l’implication de cette protéine dans la dynamique du compartiment. La surexpression et délétion de la protéine impacte significativement la taille et le nombre de gouttelettes chez les parasites, associé à un remodelage de leur profil lipidique. Enfin, des expériences de mutagénèse dirigée couplées à des analyses de lipidomique ont permis de démontrer que TbPat est une phospholipase active.Ce projet a permis de caractériser la première phospholipase impliquée dans la biologie des gouttelettes lipidiques chez les trypanosomes, et ouvre la voie vers de nouvelles études pour élucider les fonctions de cet organite non seulement chez les parasites protozoaires mais aussi dans d’autres types de cellules eucaryotes d’organismes plus complexes.

African trypanosomes are flagellated protozoan parasites responsible for deadly diseases in humans (Human African trypanosomiasis or sleeping sickness) and animals (animal African trypanosomiasis or Nagana). Trypanosoma brucei is the study model for these pathogens. This parasite alternates between a mammal host and a bloodsucking insect that allows vectorial transmission, the tsetse fly, found in Sub-Saharan Africa. During this lifecycle, the pathogen must cross several tissues (skin, bloodstream and lymph and adipose tissue in the mammal; midgut and salivary glands in the insect), and shows great capacities of adaptation in these different environments. To complete this cycle and adapt to its hosts, T. brucei is able to quickly modify its morphology and metabolism. In this context, the mobilization and utilization of lipids is particularly essential to the parasite’s survival. These molecules are involved in various cellular processes, including the maintenance and renewal of cellular membranes (made of phospholipids), energy metabolism, cellular signaling pathways and gene expression regulation. This mobilization is made possible by a highly dynamic compartment called lipid droplets. This atypical organelle, surrounded by a monolayer of phospholipids, forms a metabolic platform and represents a growing interest in human health due to its potential roles in metabolic and neurodegenerative diseases, as well as cancers. In protozoan parasites, the very recent interest in lipid droplets shows roles in the survival and virulence in the mammal host.The objective of this thesis was to identify and characterize new proteins associated with the lipid droplets of T. brucei to understand the organelle’s function in the parasite. We discovered a new phospholipase of the patatin-like family, which we called TbPat. We showed through different imaging techniques that TbPat localizes to the surface of the lipid droplets of the parasites. The expression of this protein is tightly regulated and can be induced during the formation of new lipid droplets, demonstrating the implication of this protein in the dynamics of the compartment. Overexpression and deletion of the protein significantly impacts the diameter and number of lipid droplets in the parasites, associated with a complete remodeling of their lipid profile. Finally, directed mutagenesis coupled with lipidomic analysis showed that TbPat is an active phospholipase.This project allowed the characterization of the first phospholipase involved in lipid droplet biology in trypanosomes, and paves the way for new studies to elucidate the functions of this organelle in protozoan parasites and in other, more complex eukaryotic cellular types.