Protein trafficking and host cell remodeling in malaria parasite infection

par Chiara Curra

Thèse de doctorat en Biochimie et biologie moléculaire

Le jury était composé de Catherine Braun-Breton, Paola Sinibaldi Vallebona, Stefano Aquaro, Antonio Mastino.

  • Titre traduit

    Le trafic des protéines et le remodelage de la cellule hôte dans l'infection par le parasite du paludisme


  • Résumé

    Pour assurer ses besoins de croissance, multiplication, et survie, Plasmodium modifie sa cellule hôte, l'érythrocyte, après l'invasion. Le parasite met en place ainsi un système d'échanges (import/export) avec sa cellule hôte et le milieu extérieur. Nous avons identifié dans la base de données de Plasmodium berghei, le parasite de rongeurs, une famille de gènes, sep, correspondant à la famille etramp chez Plasmodium falciparum. Cette famille de gènes code pour des petites protéines exportées, et conservées dans tout le genre Plasmodium. Les protéines SEP (13?16 kDa) contiennent en N-terminal un peptide signal prédit, un domaine hydrophobe interne, et elles diffèrent au niveau des régions C-terminal et 3' UTR. Toutefois, les protéines SEP sont exprimées à différents moments du cycle de Plasmodium. Durant le cycle érythrocytaire, PbSEP1 et PbSEP3 sont exprimées à partir du stade trophozoïte, et la même quantité de protéine est détectée au stade schizonte et gamétocyte, pendant que PbSEP3 est hautement détectée dans les trophozoïtes mûrs et les gamétocytes. Chez le moustique, PbSEP1 et PbSEP3 sont détectées seulement chez les ookinètes, alors que PbSEP2 est très abondante dans les ookinètes, oocystes, et sporozoïtes des glandes salivaires. Les protéines SEP ont également des localisations différentes. Dans l'érythrocyte, PbSEP1 est localisée dans la membrane de la vacuole parasitophore, alors que PbSEP2 et PbSEP3 sont exportées au-delà de cette vacuole, et sont ainsi localisées dans la cellule hôte, en association avec des structures vésiculaires. Dans cette étude, nous avons identifié les signaux d'adressage des protéines SEP dans la vacuole parasitophore et dans la cellule hôte, chez Plasmodium berghei. L'autre partie du travail, effectuée à l'Université de Montpellier II, a consisté à étudier la localisation de deux protéines du squelette sous- membranaire de l'érythrocyte, la dématine, et l'adducine, durant le développement intra-érythrocytaire de Plasmodium falciparum. Le but de cette étude étant d'identifier un mécanisme potentiel d'internalisation des composants du squelette sous-membranaire de l'érythrocyte dans le parasite. Des études d'immuno-localisation ont montré que la dématine et l'adducine sont internalisées à partir du stade trophozoïte, et sont localisées probablement à la vacuole parasitophore (membrane et/ou lumière). Cette internalisation a été confirmée par des études de fractionnement cellulaire et d'accessibilité à la protéinase K, montrant que la dématine est totalement internalisée, alors l'adducine ne l'est que partiellement, suggérant une localisation de la protéine à la périphérie du parasite.


  • Résumé

    Plasmodium endurance depends on the ability of the parasite to reorganize the cytosol of the erythrocyte, a terminally differentiated cell, and remodel its skeleton membrane immediately after invasion. In this way the parasite can organize the import/export of the molecules necessary to its survival. The comprehension of cellular trafficking mechanisms which occur during Plasmodium infection is a very important step and fundamental contribute to understand the biology of the malaria parasite.We identified in database of the rodent malaria parasite Plasmodium berghei the gene family sep, corresponding to etramp in P. falciparum, encoding small exported proteins conserved in the genus Plasmodium. SEP proteins (13?16 kDa) contain a predicted signal peptide at the NH2-terminus, an internal hydrophobic region while they differ in their C-terminal region; the genes share the upstream regulative region while differ in the 3' UTR. Despite this, we showed that SEPs have a different timing of expression and a different localization: in the erythrocytic cycle PbSEP1 and PbSEP3 start to be expressed at trophozoite and the same amount of protein is detected also in schizonts and gametocytes, while PbSEP2 is highly detected in mature trophozoites and even more in gametocytes. In mosquitoes stages PbSEP1 and PbSEP3 are expressed only in ookinetes, while PbSEP2 is very abundant in ookinetes, oocysts and in sporozoites of the salivary glands. SEPs also have a different localization in the iRBC: PbSEP1 is targeted to the membrane of the parasitophorous vacuole, while PbSEP2 and 3 are exported beyond the parasite membrane and translocated to the host cell compartment in association with vesicle-like structures. In this study we identified the specific signals necessary for the correct timing of expression and to direct SEP proteins to the vacuolar membrane and to the host cell compartments.The second part of the work was carried out in Montpellier II University and aims to identify the localization of two RBC membrane skeleton components, dematin and adducin, during Plasmodium falciparum infection. Our purpose is to recognize a possible mechanism of internalization of host cytoskeleton components to the parasite compartments. In fact, IFA experiments carried on iRBCs showed that dematin and adducin start to be internalized at trophozoite stage and localize at the periphery of the parasite, most probably at the parasitophoruos vacuole (PV) membrane/lumen. Dematin and adducin internalization during Plasmodium infection is also demonstrated by subcellular fractionation and proteinase K assay: while dematin is fully internalized, adducin is partially protected and suggesting a localization of the protein at the periphery of the parasite where it can be exposed to PK degradation.

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