Projet ANR-10-JCJC-1302 – PlasmoPEP : Imagerie in vivo de la phase pre-erythrocitaire du paludisme
Programme : JCJC : Sciences de la vie, de la santé et des écosystèmes :  Microbiologie, immunologie, infectiosité (JCJC SVSE 3)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur Rogerio AMINO (INSTITUT PASTEUR)
Partenaires : Institut Pasteur
Montant : 190000.0 euros
Date de début : 2010
Durée : 36 mois
Résumé : Combler d’importants manques dans la connaissance de la biologie du parasite du paludisme grâce à l’imagerie in vivoNous avons récemment découvert de nouvelles étapes dans le cycle de vie du parasite du paludisme. Ces étapes ont lieu dans la peau et le foie de l’hôte et précèdent l’infection sanguine, qui est responsable in fine de la maladie. En imageant des parasites sauvages et mutants, nous identifions les déterminants impliqués dans la survie du parasite au cours de ces étapes précoces récemment identifiées et nous testons leur potentiel en tant que candidats vaccinaux.
Comprendre la biologie de l’infection parasitaire pour concevoir des stratégies rationnelles de contrôle du paludismeNotre objectif est de décrire de façon détaillée les étapes précoces de l’infection palustre chez l’hôte mammifère par le biais d’un modèle murin de paludisme. L’identification des étapes cruciales du périple qui conduit le parasite de la peau jusque dans le foie et celle des molécules requises pour la progression du parasite au cours de ces étapes détermineront notre stratégie d’immunisation dont le but est de bloquer le parasite au niveau de ces points de passage critiques.
Observer in vivo le comportement du parasite en utilisant des techniques d’imagerieEn utilisant des parasites fluorescents et bioluminescents, nous pouvons observer directement in vivo comment ces derniers franchissent les barrières endothéliales, s’arrêtent dans le foie, envahissent et se développent dans les hépatocytes ou sont tués par les cellules du système immunitaire. Les comportements de parasites sauvages et mutants sont comparés afin d’identifier les protéines impliquées dans tous ces processus. Enfin, nous utilisons l’imagerie pour mesurer l’efficacité de protocoles d’immunisation utilisant ces protéines afin de découvrir de nouveaux antigènes plasmodiaux protecteurs.
Résumé de la soumission : Le paludisme, maladie causée par un parasite eucaryote nommé Plasmodium, reste un des problèmes majeurs de santé dans le monde. P. falciparum, une des cinq espèces de Plasmodium qui infecte l’homme, tue jusqu’à 1 million de personnes par an, pour la grande majorité des enfants en Afrique. Les symptômes ainsi que les complications de la maladie sont dus à la multiplication des parasites dans les érythrocytes. L’infection débute par une phase dite pré-érythrocytaire, asmptomatique, qui s‘étend depuis l’injection des parasites (appelés sporozoïtes) dans la peau par le moustique vecteur jusqu’au début de l’infection érythocytaire. Cette phase pré-érythrocytaire de l’infection reste malconnue, en raison notamment des difficultés techniques que comporte son étude, comme la dépendence d’un insectarium ou le très faible nombre et la grande mobilité des sporozoïtes. Bien qu’il soit clair que les sporozoïtes sont injectés dans la peau et qu’ils se transforment et se multiplient en formes infectant les érythrocytes dans les hépatocytes, le destin exact des sporozoïtes dans leur hôte mammifère reste en grande partie mystérieux.  En revanche, la phase pré-érythrocytaire du paludisme a reçu beaucoup d’attention au plan immunologique. Il a en effet été montré dès les années soixante que l’injection de sporozoïtes vivants atténués (par irradiation) protégeait contre l’injection de sporozoïtes sauvages, cette vaccination étant aujourd’hui encore la vaccination anti-malarique la plus efficace. Récemment, la démonstration que des sporozoïtes génétiquement modifiés pouvaient aussi protéger contre l’infection naturelle, au moins chez le rongeur, a entraîné un engouement nouveau pour l’utilisation de sporozoïtes vivants comme vaccins anti-malariques chez l’homme. Jusqu’à récemment, la vision acceptée de l’infection par les sporozoites était que ces derniers, une fois injectés dans la peau, rejoignaient le foie par la voie sanguine, où ils quittaient la circulation sanguine pour entrer dans le parenchyme et à l’intérieur d’un hépatocyte. La façon dont les sporozoïtes franchissent les barrières endothéliales, pour entrer dans la circulation sanguine dans la peau ainsi que pour quitter la circulation dans le foie, reste inconnue ou débattue. Ces dernières années, mon travail, d’abord en tant que stagiaire post-doctoral puis en tant que Chargé de Recherches à l’Institut Pasteur, a consisté à mieux comprendre la phase pré-érythrocytaire du paludisme en utilisant surtout des approches d’imagerie intravitale dans un modèle rongeur. Une des découvertes les plus surprenantes a été la constatation que les sporozoïtes injectés dans la peau pouvaient envahir des cellules cutanées et s’y développer en formes infectant les érythrocytes. Cette observation a des implications immunologiques importantes, puisqu’elle montre que l’ensemble des antigènes pré-érythrocytaires, c’est à dire provenant à la fois des sporozoïtes et des formes intracellulaires (dont on pensait qu’elles n’existaient que dans le foie) sont présentées au ganglion lymphatique drainant. Mon projet comporte deux parties. La première est d’étudier le processus de passage des barrières endothéliales, aussi bien dans la peau que dans le foie et aux plans cellulaire et moléculaire, dans un modèle rongeur. La seconde est de tester si l’étape cutanée de la phase pré-érythrocytaire décrite dans les modèles rongeurs est aussi vraie pour P. falciparum, l’espèce la plus léthale pour l’homme
Résultats : Nous avons montré que les parasites utilisent leur activité de traversée cellulaire, i.e. leur capacité à blesser les cellules de l’hôte et à migrer à travers leur cytoplasme, pour franchir les barrières endothéliales de la peau et du foie dans, respectivement, 30% et 77% des cas. La traversée de cellules endothéliales et périvasculaires et celle des cellules de Küpffer a été observée lors du passage des barrières. De surcroît, la traversée cellulaire joue un rôle crucial dans la résistance à la clairance médiée par les macrophages des sinusoïdes hépatiques.
Perspectives : Vu l’importance de l’activité de traversée cellulaire pour la progression du parasite et sa survie dans l’hôte, nous évaluons dans un modèle murin le pouvoir protecteur d’immunisations effectuées à l’aide de vecteurs lentiviraux exprimant des protéines plasmodiales impliquées dans la traversée cellulaire. En parallèle, nous évaluons si, à l’instar des espèces murine et aviaire de paludisme, des parasites infectieux pour l’Homme peuvent se développer dans la peau de l’hôte suite à une inoculation par voie cutanée.
Publications et brevets : - Tavares J,  Formaglio P, Thiberge S, Mordelet E, Van Rooijen N, Medvinsky A, Menard R, and Amino R. “The role of Plasmodium host cell traversal in evading liver innate immunity”. In revision (J Exp Med).
- Tavares J, Formaglio P, Medvinsky A, Ménard R and Amino R. ”Imaging sporozoite cell traversal in the liver of mice”. Malaria Methods and Protocols. Methods in Molecular Biology: Humana Press. In press.
- Amino R and Ménard R. 2012. The missing pieces: Identify the critical antigens. Nature 484: S22