TSPO and VDAC, two membrane proteins of Red Blood Cell involved in Malaria : A bioinformatics and Molecular Modelling Study

par Aurore G. Vaïtinadapoulé

Thèse de doctorat en Biothérapies et biotechnologie

Sous la direction de Catherine Etchebest et de Ramanathan Sowdhamini.

Soutenue en 2015

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Hématologie, oncogenèse et biothérapies (Paris) , en partenariat avec Université Paris Diderot - Paris 7 (autre partenaire) .

  • Titre traduit

    = TSPO et VDAC, deux protéines de la membrane du globule rouge impliquées dans l'infection paludique


  • Résumé

    La forme la plus mortelle du paludisme est causée par la transmission du parasite Plasmodium falciparum du moustique Anopheles à l'humain. La résistance aux insecticides a été détectée dans 64 pays, dont l'Inde où le paludisme sévit toujours. De récentes études ont montré que le développement de P. Falciparum chez les érythrocytes nécessite l'activation des "nouvelles voies de perméabilité" (NPP) pour assurer le transport des nutriments. En utilisant des anticorps polyclonaux spécifiques, Bouyer et al. (2011) a identifié le canal anionique voltage dépendant (VDAC) et la protéine de translocation (TSPO) comme des éléments de ce NPP, dans les membranes des érythrocytes infectés. Ce résultat est assez surprenant, car ces deux protéines sont généralement connues pour être exprimés dans la membrane mitochondriale externe. Il a également été démontré que les ligands de TSPO permettent réduire la conductance du canal VDAC et inhibe la croissance de P. Falciparum. Ceci suggère que le complexe VDAC/TSPO pourrait être une cible potentielle dans l'éradication du paludisme. Cependant, de nombreuses questions sont encore sans réponse et d'autres investigations sont exigées. En particulier, sur oligomérisation et les interactions de ces deux protéines dans la membrane des érythrocytes infectés par P. Falciparum. Dans cette thèse, nous visons à élucider la structure du complexe de VDAC et TSPO dans la membrane RBC infecté. Dans un premier temps, j'ai éliminé la possibilité d'une origine parasitaire de protéines VDAC et TSPO en recherchant homologues dans les génomes de P. Falciparum. Puis, l'absence de structure pour la TSPO humaine, a rendu le travail difficile. En utilisant des méthodes de prédiction, basés sur les séquences et les données expérimentales, je propose ici un ensemble de modèles pour les TSPO1 et TSPO2 humaine. L'analyse des structures résolue récemment (fin 2014 et 2015), a mis en évidence les différences structurales qui apparaissent selon les espèces. Ainsi, nous avons mené une recherche plus exhaustive d'explorer l'espace conformationnel de TSPO par des simulations de dynamique moléculaire. Enfin, nous avons sélectionné plusieurs conformations différentes pour effectuer des expériences de docking protéines - protéines, entre les modèles de la TSPO2 humaine et de la VDAC1 humaine. Ces prédictions combine l'utilisation des outils computationnels et des analyses des données expérimentales.


  • Résumé

    The most deadly form of malaria is caused by the transmission of the parasite Plasmodium falciparum from the mosquito Anopheles to humans. Resistance to insecticide was detected in 64 countries including India where malaria is still in transmission. Recent studies have shown that P. Falciparum development in erythrocyte requires activation of the "new permeability pathways" (NPP) to ensure the transport of nutrients. P. Falciparum in infected Red Blood Cells (iRBC) up regulates this NPP. By using specific polyclonal antibodies, Bouyer et al. (2011) identified the Voltage Dependent Anion-selective Channel (VDAC) and the Translocator Protein (TSPO) as elements of the NPP in infected erythrocytes membranes. This result was rather surprising because these two proteins are generally known to be expressed in the outer mitochondrial membrane. It was also demonstrated that TSPO ligands reduce the conductance of the channel (VDAC) and inhibits the growth of P. Falciparum. This suggests that the VDAC/TSPO complex is a potential target in malaria eradication. However, many questions are still unanswered and further investigations are demanded. In particular, oligomerization and interactions of these two proteins in the P. Falciparum infected-erythrocyte membrane are still unknown. In this thesis, we aim at elucidating the structure of the complex of VDAC and TSPO in infected RBC membrane. I first eliminate the possibility of a parasite origin of VDAC and TSPO proteins by searching homologues in P fakiparum genomes. Absence of structure for human TSPO, makes the work challenging. Using sequence-based computational prediction methods and experimental data, I'm proposing here a set of models for human TSPO1 and TSPO2. Analysis of recent solved structures (2014 and 2015), highlighted structural difference according to the species. Thus, we conducted an exhaustive search to explore the conformational space of TSPO by using molecular dynamics simulation. Finally, we selected different conformation to perform protein — protein docking experiments, between human TSPO2 model and human VDAC1. The prediction combines computational tools with experimental data analysis.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (221 p.)
  • Annexes : 134 réf. Annexes

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