Projet ANR-11-BSV3-0015 – APICO-PIP : Caractérisation des mécanismes moléculaires du transport vésiculaire dépendant du PI3P vers l’apicoplaste chez les parasites apicomplexes
Programme : Blanc - SVSE 3 - Microbiologie, immunologie, infectiologie (Blanc SVSE 3)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Kai WENGELNIK (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE LANGUEDOC-ROUSSILLON)
Partenaires : Dynamique des Interactions Membranaires Normales et Pathologiques
Montant : 340000.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Mécanismes moléculaires de la biogenèse de l’apicoplaste des parasites Plasmodium et Toxoplasma.Plasmodium et Toxoplasma sont responsables du paludisme et de la toxoplasmose. L’apicoplaste, un organite particulier d’origine végétale assure des fonctions essentielles. Un lipide, le PI3P est impliqué dans la formation de l’apicoplaste en participant au transport vésiculaire de protéines vers l’apicoplaste, processus que nous proposons de caractériser.
Identification de nouvelles cibles thérapeutiques spécifiques de l’apicoplasteEn dépit des campagnes de prévention, de la disponibilité de médicaments et d’insecticides, le paludisme représente toujours une menace pour la population mondiale. L’apicoplaste est absent chez les organismes hôtes, il représente de ce fait une cible thérapeutique privilégiée. Notre projet de recherche fondamentale basé en partie sur le modèle Toxoplasma permettra d’identifier les acteurs responsables de la formation de l’apicoplaste avec comme but de développer de nouvelles drogues anti-paludiques.
Analyse génétique, biochimique et microscopique de la biogenèse de l’apicoplaste.Des parasites Toxoplasma et Plasmodium transgéniques pour les protéines soupçonnées d’être impliquées dans les fonctions dépendantes du PI3P sont générés. La microscopie permet d’analyser leurs localisations et fonctions par rapport à l’apicoplaste. Plasmodium est étudié tout au long de son cycle de vie complexe dans le foie, les globules rouges et le moustique.
Résumé de la soumission : Le phylum des Apicomplexa regroupe des protozoaires parasites dont de nombreuses espèces sont pathogènes de l’homme. Parmi elles, on trouve notamment Plasmodium falciparum, agent du paludisme et Toxoplasma gondii, responsable de la toxoplasmose. Ces parasites sont caractérisés par la présence d’un organite singulier, l’apicoplaste, remplissant pour des fonctions essentielles au parasite, et représentant ainsi alors une cible thérapeutique attractive envers les Apicomplexes. Provenant de l’endo-symbiose secondaire d'une algue rouge, l’apicoplaste est entouré de quatre membranes. La majorité des protéines de l’apicoplaste sont codées par des gènes nucléaires et doivent par conséquent être importées dans l’organite. Alors que des données sur les mécanismes moléculaires du trafic à travers les trois membranes les plus internes de l’apicoplaste ont été obtenues récemment, la voie par laquelle les protéines traversent la première membrane reste complètement énigmatique.Une route vésiculaire a récemment été suggérée chez T. gondii pour le trafic des protéines destinées à la membrane externe et des études menées parallèlement chez Plasmodium et T. gondii par l’équipe 1 ont permis de révéler l’implication du phosphatidyinositol-3 monophosphate (PI3P) dans ce trafic. Le PI3P, produit de la phosphorylation du PI par la PI3-kinase, exerce son rôle dans le trafic membranaire en liant des protéines effectrices possédant un domaine de liaison au PI3P (domaine FYVE et domaine PX). Chez P. falciparum et T. gondii, le PI3P est présent à l’apicoplaste et sur des vésicules l’entourant et contenant des protéines d’apicoplaste. La déplétion du PI3P par un inhibiteur de la PI3-kinase ou la séquestration du PI3P par un domaine de liaison entraînent l’accumulation de vésicules autour de l’apicoplaste et un défaut de biogénèse de l’organite. Ces résultats révèlent chez les Apicomplexes un rôle pour le PI3P dans un processus biologique différent du trafic endosomal observé pour les autres organismes incluant l’hôte humain. La membrane la plus externe de l’apicoplaste étant phylogénétiquement d’origine endosomale, cette découverte conduit à penser que, bien que l’apicoplaste n’ait plus aucun lien avec le trafic endocytaire, le mécanisme de fusion vésiculaire lié au PI3P ait pu être conservé et détourné chez ces organismes pour réaliser la première étape du trafic des protéines vers l’apicoplaste. Il faut par ailleurs noter qu’il n’existe pas de trafic endocytaire conventionnel chez les Apicomplexa.Ce projet vise à disséquer les mécanismes moléculaires du trafic vésiculaire vers l’apicoplaste chez Plasmodium et Toxoplasma. La transposition des résultats d’un système à l’autre va permettre de décrypter plus efficacement un processus biologique essentiel au développement de ces deux pathogènes humains.Notre premier objectif sera d’établir le lien entre le PI3P et la biogénèse de l’apicoplaste chez Plasmodium via l’analyse du rôle de ce lipide à un stade dépourvu de vacuole digestive, pour laquelle le PI3P semble avoir un rôle additionnel. Ces expériences seront alors réalisées avec P. berghei, un parasite de rongeur. Une partie de cette étude sera réalisée par l’équipe 2 qui possède une grande expertise de l’analyse in vitro de la biogénèse de l’apicoplaste aux stades hépatiques. Le second objectif vise à identifier chez P. berghei et chez T. gondii, les acteurs moléculaires du trafic vers la membrane externe de l’apicoplaste et les réseaux d’interaction des protéines effectrices du trafic vésiculaire dépendant du PI3P. Finalement, nous étendrons le répertoire des protéines d’apicoplaste au travers de la caractérisation des vésicules qui fusionnent avec l’apicoplaste.A long terme, nos objectifs sont d’interférer avec la biogénèse de cet organite singulier et essentiel à la survie de ces parasites pour la plupart intracellulaires obligatoires et qui impactent lourdement la santé humaine.
Résultats : Le lipide PI3P est présent sur de petites vésicules. L’utilisation d’outils génétiques et pharmacologiques interférant avec sa production ou disponibilité induit l’accumulation de vésicules et perturbe la formation de l’apicoplaste. Le PI3P est fixé par des protéines effectrices qui possèdent des domaines spécifiques de liaison. Des parasites transgéniques ciblant ces protéines ont été produits. L’analyse de leur localisation et fonction est en cours.
Perspectives : Identifier et caractériser de nouvelles protéines constitutives de l’apicoplaste transportées par la voie vésiculaire dépendante du PI3P. Notre projet de recherche permettra ainsi d’accroitre les connaissances sur la composition de cet organite bien particulier. A terme, les résultats obtenus devraient mener au développement de drogues visant l’apicoplaste et bloquant ainsi la survie des parasites.
Publications et brevets : Les premiers résultats ont été présentés sous forme de poster lors d’un congrès sur le paludisme (Molecular Approaches to Malaria, Lorne, Australie, février 2012).