Un pipeline innovant pour ètablir le cycle de vie complet du plasmodium vivax en laboratoire (laboratoire du cycle VICTOR-Vivax)

Establishing new pipelines for Plasmodium vivax in vitro culture

• Auteur / Autrice : Robsen Regasa
• Direction : Liliana Mancio, Golassa Lemu
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Microbiologie et immunologie
• Date : Inscription en doctorat le 03/09/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ParasitInnov
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Biologie de l'infection et de la transmission de Plasmodium

Mots clés

Mots clés libres

Culture

Plasmodium vivax

Stade sanguin

Stade hépatique

Moustiques

Parasites

Culture

Plasmodium vivax

Blood stage

Liver stage

Mosquitoes

Parasites

Résumé

Contexte Le paludisme continue d'être une préoccupation majeure de santé publique, affectant des millions de personnes chaque année. La transmission de la maladie commence par la piqûre d'un moustique Anopheles infecté, qui dépose des parasites infectieux dans l'hôte humain. Les parasites se rendent au foie, envahissent les hépatocytes et se répliquent, formant des milliers de nouveaux parasites, qui finissent par éclater dans la circulation sanguine, envahissant cycliquement les globules rouges et provoquant des symptômes cliniques. La transmission des parasites au moustique est assurée par le développement de formes sexuelles, qui sont ingérées lors des piqûres suivantes, perpétuant ainsi le cycle de vie. Parmi les diverses espèces de parasites causant des maladies humaines, la proposition actuelle se concentre sur Plasmodium vivax, qui constitue un obstacle significatif aux efforts d'éradication du paludisme. P. vivax pose des défis en raison de sa large répartition géographique et de ses caractéristiques biologiques uniques, notamment sa préférence pour les réticulocytes humains et sa capacité à provoquer des rechutes en persistant dans le foie. De plus, le traitement du paludisme à P. vivax est complexe, avec une seule famille de médicaments (8-aminoquinolines) capable de cibler les stades hépatiques dormants, mais son utilisation est limitée en raison des effets secondaires sévères chez les individus présentant une déficience en glucose-6-phosphate déshydrogénase, un trouble génétique commun dans les régions endémiques de P. vivax. Lacunes I de recherche Malgré son importance, la recherche sur P. vivax a été freinée par l'absence de systèmes de culture en laboratoire efficaces capables de reproduire l'intégralité du cycle de vie du parasite, y compris les stades de moustique, de foie et de sang. À ce jour, aucun laboratoire n'a réussi à recréer le cycle de vie complet de P. vivax in vitro. Par conséquent, la recherche sur la biologie cellulaire et moléculaire des parasites dépend de l'accès à des échantillons collectés auprès de patients dans les régions endémiques de P. vivax. Objectifs et méthodologie L'objectif principal est d'établir de nouvelles méthodes pour cultiver et proliférer les stades sanguins de P. vivax in vitro, y compris les stades asexués et sexuels. En fin de compte, nous visons à obtenir des souches de référence de P. vivax adaptées aux conditions de laboratoire, adaptées aux enquêtes spécifiques de recherche et accessibles à la communauté scientifique. Pour y parvenir, nous proposons deux approches distinctes pour obtenir des globules rouges infectés par P. vivax frais : 1.Co-culture de précurseurs érythroïdes différenciés avec du sang infecté provenant directement de patients en Éthiopie. 2.Co-culture de précurseurs érythroïdes avec des hépatocytes primaires infectés en fin de stade dans des microfoies humains. Les nouveaux stades érythrocytaires de P. vivax obtenus seront soit cryoconservés pour une utilisation future, soit utilisés pour des infections de moustiques, permettant ainsi l'achèvement du cycle de vie du parasite en laboratoire. Nous nous attendons à améliorer notre compréhension et nos capacités à étudier la biologie unique de P. vivax, offrant des avancées potentielles dans la recherche sur le paludisme et le développement thérapeutique Références 1. Rapport mondial sur le paludisme 2023. https://www.who.int/publications-detail-redirect/9789240086173. 2.Menkin-Smith, L. & Winders, W. T. Plasmodium vivax Malaria. in StatPearls (StatPearls Publishing, Treasure Island (FL), 2024). 3.Rechant, J., Ashley, E. A. & White, N. J. Utilisation de la primaquine et test de déficience en glucose-6-phosphate déshydrogénase : politiques et pratiques divergentes dans les pays endémiques de paludisme. PLoS Negl. Trop. Dis. 12, e0006230 (2018). 4.El Hoss, S. et al. L'hémoglobine fœtale sauve l'érythropoïèse inefficace dans la drépanocytose. Haematologica 106, 2707–2719 (2021). 5.Bouyssou, I. et al. Dévoiler les voies d'invasion de P. vivax chez les individus Duffy-négatifs. Cell Host Microbe 31, 2080-2092.e5 (2023). 6.Gural, N. et al. Culture in vitro, sensibilité aux médicaments et transcriptome des hypnozoïtes de Plasmodium vivax. Cell Host Microbe 23, 395-406.e4 (2018). 7.Mancio-Silva, L. et al. Un atlas hépatique unicellulaire de l'infection par Plasmodium vivax. Cell Host Microbe 30, 1048-1060.e5 (2022).

Background Malaria continues to be a significant public health concern, affecting millions of individuals each year1. Disease transmission is initiated upon the bite of an infected Anopheles mosquito, which deposits infective parasites into the human host. Parasites travel to the liver, invade hepatocytes, and replicate, forming thousands of new parasites, which eventually break out into the bloodstream, cyclically invading red cells and initiating clinical symptoms. Parasite transmission back to the mosquito is ensured by developing sexual forms, which are ingested during subsequent bites, perpetuating the life cycle. Among the various parasite species causing human disease, the current proposal focuses on Plasmodium vivax, which presents a significant obstacle to malaria eradication efforts. P. vivax poses challenges due to its wide geographical distribution and unique biological features, including its preference for human reticulocytes and its ability to cause relapses by persisting in the liver. Furthermore, the treatment of vivax malaria is challenging2, with only one drug family (8-aminoquinoline) capable of targeting dormant liver stages, yet its use is limited due to severe side effects in individuals with glucose-6-phosphate dehydrogenase deficiency, a common genetic disorder in P. vivax endemic regions3. Research Gaps Despite its importance, research on P. vivax has been hampered by the absence of efficient laboratory culture systems capable of replicating the entire parasite life cycle, including mosquito, liver, and blood stages. To date, no laboratory has successfully recapitulated the full life cycle of P. vivax in vitro. Consequently, parasite cellular and molecular biology research relies on access to samples collected from patients in P. vivax endemic regions. Objectives and Methodology The main goal is to establish new pipelines for culturing and proliferation of P. vivax blood stages in vitro, including both its asexual and sexual stages. Ultimately, we aim to obtain reference strains of P. vivax adapted to laboratory conditions, tailored to address specific research inquiries, and accessible to the scientific community. To achieve this, we propose two distinct approaches to obtain fresh P. vivax-infected red cells: 1) coculture of differentiated erythroblasts4,5 with infected blood sourced directly from patients in Ethiopia. 2) coculture of erythroblasts with late-stage infected primary hepatocytes in human microlivers6,7. The newly obtained P. vivax erythrocytic stages will either be cryopreserved for future use or utilized for mosquito infections, thus enabling the completion of the parasite's life cycle in a laboratory setting. We expect to advance our understanding and capabilities in studying P. vivax unique biology, offering potential breakthroughs in malaria research and therapeutic development. References 1. World malaria report 2023. https://www.who.int/publications-detail-redirect/9789240086173. 2. Menkin-Smith, L. & Winders, W. T. Plasmodium vivax Malaria. in StatPearls (StatPearls Publishing, Treasure Island (FL), 2024). 3. Recht, J., Ashley, E. A. & White, N. J. Use of primaquine and glucose-6-phosphate dehydrogenase deficiency testing: Divergent policies and practices in malaria endemic countries. PLoS Negl. Trop. Dis. 12, e0006230 (2018). 4. El Hoss, S. et al. Fetal hemoglobin rescues ineffective erythropoiesis in sickle cell disease. Haematologica 106, 2707–2719 (2021). 5. Bouyssou, I. et al. Unveiling P. vivax invasion pathways in Duffy-negative individuals. Cell Host Microbe 31, 2080-2092.e5 (2023). 6. Gural, N. et al. In Vitro Culture, Drug Sensitivity, and Transcriptome of Plasmodium Vivax Hypnozoites. Cell Host Microbe 23, 395-406.e4 (2018). 7. Mancio-Silva, L. et al. A single-cell liver atlas of Plasmodium vivax infection. Cell Host Microbe 30, 1048-1060.e5 (2022).