Interactions hôte-parasite : caractérisation de nouvelles protéines effectrices sécrétées par Toxoplasma gondii dans la cellule hôte. – ToxoEffect

La fonction des effecteurs parasitaires dans les cellules infectées est déterminée par analyses globales de l’expression des gènes de la cellule hôte en comparant des parasites sauvages avec des parasites mutés pour la protéine effectrice. Différentes approches par biochimie ou génétique permettent de déterminer les protéines de la cellule hôte ciblées directement par l’effecteur parasitaire.

Résultats majeurs du projet : Sur le plan de la recherche fondamentale, le projet ANR ToxoEffect a permis d’augmenter nos connaissances des mécanismes d’interactions entre le parasite Toxoplasma gondii et son hôte au cours de l’infection. La caractérisation de la protéine effectrice GRA16 sécrétée par le parasite dans sa cellule hôte met en évidence un mécanisme original d’interférence du parasite avec les fonctions biologiques de la cellule infectée. GRA16 forme donc un complexe avec deux enzymes HAUSP et PP2A, afin de modifier l’expression des gènes de la cellule hôte. D’autre part, l’étude de GRA16 a permis le développement d’un nouvel axe de recherche. En effet, GRA16 représente un modèle d’étude unique en son genre puisqu’elle est actuellement la seule protéine identifiée ayant la capacité de traverser la membrane de la vacuole parasitophore. Notre équipe projette donc de s’intéresser au mécanisme d’export de cet effecteur parasitaire dans la cellule hôte.

Les perspectives de ce projet sont multiples. Sur le plan de la recherche fondamentale, la poursuite du projet avec la caractérisation d’une autre protéine effectrice devrait permettre d’accroitre nos connaissances sur la biologie du parasite et des mécanismes d’interférence avec les différentes voies de signalisation de la cellule hôte. D’un point de vue applicatif, l’identification des fonctions de l’hôte ciblées par le parasite ainsi que des processus d’export des effecteurs dans la cellule infectée devrait permettre l’élaboration de nouvelles stratégies thérapeutiques.

Production scientifique depuis le début du projet :

Le projet ANR ToxoEffect a permis la réalisation de deux publications scientifiques qui ont été réalisées au sein de l’équipe dirigée par Mohamed-Ali Hakimi.

1. Bougdour A*, Durandau E, Brenier-Pinchart MP, Ortet P, Barakat M, Kieffer S, Curt-Varesano A, Curt-Bertini RL, Bastien O, Coute Y, Pelloux H, Hakimi MA. Host cell subversion by Toxoplasma GRA16, an exported dense granule protein that targets the host cell nucleus and alters gene expression. Cell Host Microbe. 2013 Apr 17;13(4):489-500.

2. Bougdour A*, Tardieux I, Hakimi MA. Toxoplasma exports dense granule proteins beyond the vacuole to the host cell nucleus and rewires the host genome expression.
Cell Microbiol. 2014 Mar;16(3):334-43. Review.

*Corresponding author.

ToxoEffect est un projet de recherche fondamentale portant sur la biologie du parasite Toxoplasma gondii, l’agent infectieux responsable de la toxoplasmose. Toxoplasma est un parasite intracellulaire obligatoire, appartenant au phylum des Apicomplexes qui réunit des agents d’infections humaines et vétérinaires majeurs tels que Plasmodium, Cryptosporidium et Neospora. La toxoplasmose acquise est le plus souvent silencieuse et se traduit essentiellement par une sérologie positive et la persistance de parasites enkystés dans le cerveau et les muscles. La toxoplasmose est grave chez les personnes dont le système immunitaire est immature ou déficient, en particulier chez les foetus (toxoplasmose congénitale) et les patients immunodéprimés (SIDA, greffes d'organes, thérapie anticancéreuse).Toxoplasma a été découvert il y a maintenant 100 ans et depuis les mécanismes qui lui permettent de s’établir et de persister dans l’organisme qui l’héberge sont activement étudiés. Le parasite établit apparemment un dialogue moléculaire complexe avec sa cellule hôte mais les mécanismes en jeu ne sont pas clairement élucidés. La recherche sur les facteurs parasitaires contrôlant les interactions hôte-parasite (ou effecteurs) et leur modus operandi dans la cellule hôte en est encore à ses balbutiements. Ce projet a pour objectif de contribuer à leur découverte et à plus long terme à évaluer leur rôle dans la pathogénèse et la transmission de la parasitose.

Toxoplasma est un excellent modèle d’étude des interactions hôte-pathogènes. Récemment, des études génétiques sur les trois principales lignées clonales du parasite ont permis de mettre en évidence le rôle des effecteurs parasitaires dans l’interférence avec la réponse de l’hôte et leur importance dans le contrôle de l’issue de l’infection dans le modèle murin. Cependant, le faible nombre d’effecteurs identifiés à ce jour ne permet pas d’expliquer les nombreuses altérations que subissent les voies de signalisation des cellules infectées. D’autres effecteurs sont donc attendus. Dans le but de les rechercher, j’ai développé en collaboration avec Mohamed-Ali Hakimi une approche bio-informatique originale permettant d’identifier des gènes candidats du parasite codant pour des protéines sécrétées dans la cellule hôte. Une centaine de gènes ont été testés par génétique chez Toxoplasma en utilisant la souche RH delta ku80 qui permet de manipuler le génome en facilitant la recombinaison homologue de site. La dynamique de sécrétion ainsi que la localisation subcellulaire post-infection des protéines candidates ont été visualisées par immunofluorescence grâce à une étiquette HA apposée aux gènes candidats dans le génome du parasite. Cette approche a permis d’identifier de nouvelles protéines sécrétées parmi lesquelles, GRA16 et PSP7, sont adressées aux noyaux des cellules infectées et constituent deux candidats sérieux pour être des effecteurs parasitaires. Ce projet porte donc sur leur caractérisation biochimique et fonctionnelle in vitro et in vivo dans le modèle murin. Nous avons d’ores et déjà mis en évidence par des approches biochimiques que ces protéines parasitaires forment des complexes de haut poids moléculaire avec des machineries enzymatiques de la cellule hôte. De manière très intéressante, ces enzymes de l’hôte sont également la cible d’effecteurs provenant d’autres organismes pathogènes, confortant l’hypothèse d’un rôle de ces protéines dans des processus de régulation des interactions hôte-pathogène. Ce projet permettra à terme d’approfondir nos connaissances sur les mécanismes moléculaire et cellulaire en jeu lors de l’infection par Toxoplasma, ainsi que sur les processus biologiques contrôlant l’issue de la maladie.