Exploration fonctionnelle de protéines mitochondriales et étude du protéasome 'mitochondrial' HslVU, cible thérapeutique potentielle, chez les Trypanosomatidés.

par Diane-Ethna Mbang-Benet

Thèse de doctorat en Biochimie et biologie moléculaire, biologie cellulaire

Sous la direction de Patrick Bastien.

Le président du jury était Norbert Bakalara.

Le jury était composé de Patrick Bastien, Norbert Bakalara, Nicolas Fasel, Thierry Lang.

Les rapporteurs étaient Nicolas Fasel, Frédéric Bringaud.


  • Résumé

    Leishmania et Trypanosoma brucei sont des protozoaires parasites responsables de graves parasitoses de distribution mondiale. Aucun vaccin n'est disponible contre ces maladies dont le traitement reste basé sur un nombre limité de médicaments coûteux, souvent toxiques et peu efficaces, problème auquel s'ajoute celui des chimiorésistances. D'où l'urgente nécessité de trouver de nouvelles cibles pour le développement de nouveaux traitements qui soient à la fois efficaces, non ou moins toxiques et à un coût plus accessible. Les Trypanosomatidés, dont les génomes ont été entièrement séquencés, présentent de nombreuses originalités dans leur biologie cellulaire et moléculaire, par exemple un ADN mitochondrial unique et extrêmement complexe appelé kinétoplaste. Leur développement suit également un "double" cycle cellulaire répliquant, d'une part, classiquement le noyau et, d'autre part, l'ensemble "corps basal-ADN mitochondrial" dont la ségrégation correcte conditionne la cytodiérèse. Ils possèdent par ailleurs deux types de protéasomes, un classique (26S) et un de type procaryote, plus spécifique et absent chez l'homme, le complexe HslVU. Nous avons montré que HslVU est localisé exclusivement dans l'unique mitochondrie des parasites, et qu'il est, chez T. brucei, essentiel pour la survie de ces organismes. En effet, son inhibition par ARN interférence entraine un blocage de la cytodiérèse suivi par une mort cellulaire. Le premier objectif de cette thèse a été de tenter de mieux comprendre le rôle de HslVU dans le cycle cellulaire associé au kinétoplaste chez ces parasites possédant déjà un protéasome classique. Mettant un terme à plusieurs publications contradictoires, nous avons confirmé la localisation mitochondriale de ce complexe chez Leishmania et chez T. brucei. Nous montrons pour la première fois qu'il est tout aussi essentiel dans les formes sanguines, celles présentes chez l'hôte mammifère, que dans les formes procycliques. Nous montrons aussi un rôle différencié des différentes sous-unités du complexe dans le déroulement du cycle cellulaire associé au kinétoplaste. Le deuxième objectif de cette thèse a été d'identifier de nouvelles protéines mitochondriales régulatrices du cycle cellulaire associé au kinétoplaste. Pour ce faire, nous avons développé une approche de criblage par ARN interférence "semi-systématique" sur 104 protéines mitochondriales, principalement de fonction inconnue. Si l'inhibition de l'expression de la majorité de ces protéines (62) n'a aucun effet sur la croissance cellulaire, celle des 42 restantes induit une baisse moyenne ou sévère de cette croissance. De façon surprenante, cette inhibition modifie significativement et avec plus ou moins d'ampleur le déroulement du cycle cellulaire, suggérant qu'il est dépendant de multiples fonctions cellulaires. Finalement, ce travail valide le protéasome HslVU comme une cible thérapeutique pertinente tout particulièrement à l'adresse des formes sanguines de T. brucei. La différenciation fonctionnelle de HslU1 et HslU2 et l'activité indépendante de HslV donnent une image plus complexe sur le fonctionnement de ce protéasome. Les données d'ARN interférence pour leur part nous orientent vers une régulation du cycle cellulaire très intégrée à l'ensemble des activités cellulaires.

  • Titre traduit

    Functional study of mitochondrial proteins and of the 'mitochondrial' proteasome HslVU, a potential drug target, in Trypanosomatids.


  • Résumé

    Leishmania and Trypanosoma brucei are protozoan parasites responsible for worldwide distributed severe diseases. No vaccine is available and the treatment relies upon a limited number of drugs, which are costly, often toxic and not highly efficient, and for which resistances are increasing. Hence the necessity to urgently discover novel drug targets with the aim of developing new drug treatments which would be more efficient, less toxic and if possible cheaper.Trypanosomatids, of which the genome has been entirely sequenced, exhibit numerous peculiarities in their cell and molecular biology, for example a single and complex mitochondrial DNA network termed kinetoplast. Also, their development follows a ‘double' cell cycle ensuring the replication of, on the one hand, the nucleus (classical mitosis) and on the other hand, the “basal body-kinetoplast” whole, of which the correct segregation conditions cytokinesis. They also possess tow types of proteasomes, one classical one (26S) and one of the prokaryotic type, more specific and absent in human, the HslVU complex. We have shown that HslVU is located exclusively in the single mitochondrion of these parasites and, in T. brucei, that it is essential to parasite's survival. Indeed, its RNAinterference-based knockdown leads to a cytokinesis block followed par cell death. The first aim of this work was to try to better understand the role of HslVU in the ‘kinetoplast-associated' cell cycle in these parasites that already possess a classical proteasome. Putting an end to several contradictory publications, we confirmed the mitochondrial location of this complex in Leishmania and T. brucei. For the first time, we also demonstrate that it is just as essential in bloodstream forms (those present in the mammalian host) than in procyclic forms. We finally show a differentiated role for the different subunits of the complex in the progress of the kinetoplast-associated cell cycle.The second aim of this work was to identify novel mitochondrial proteins which would participate in the regulation of the kinetoplast-associated cell cycle. To do this, we developed a ‘semi-systematic' screening approach using RNA interference for 104 mitochondrial proteins, most of them being of unknown function. If the inhibition of most of these proteins (64) had no effect on cell growth, that of the 42 remaining ones induced a moderate or severe growth defect. Surprisingly, this inhibition yielded significant and more or less visible modifications of the cell cycle progress, suggesting that the latter is dependent upon multiple cell functions.Finally, this study validates the HslVU proteasome as a pertinent drug target, particularly for the bloodstream forms of T. brucei. The functional differentiation of HslU1 and HslU2 and the independent activity of HslV are intriguing and give a complex picture of the functioning of this proteasome. On the other hand, the RNA interference data suggest a cell cycle regulation which would be highly integrated to the whole of the cell activities.

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