Le rôle des enzymes PLA2 dans l'absorption du cytosol par les cellules hôtes et la croissance au stade sanguin de Plasmodium falciparum

The role of PLA2 enzymes in host cell cytosol uptake and blood stage growth of Plasmodium falciparum

• Auteur / Autrice : Matthias Paulus Wagner
• Direction : Chetan E. Chitnis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Infectiologie
• Date : Soutenance le 07/06/2021
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Biologie de Plasmodium et Vaccins
• Jury : Président / Présidente : Yves Colin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Colin, Isabelle Tardieux, Tim-Wolf Gilberger, Caroline Demangel, Kai Wengelnik
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Tardieux, Tim-Wolf Gilberger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phospholipase A2

Résistance aux antipaludiques

Artémisinine

Paludisme

Plasmodium falciparum

Mots clés libres

Plasmodium falciparum

Malaria

Paludisme

Absorption du cytosol des cellules hôtes

Hémoglobine

Oxydation lipidique

Espèces réactives de l'oxygène

Résistance à l'artémisinine

Plasmodium falciparum

Malaria

Host cell cytosol uptake

Hemoglobin

Lipid oxidation

Reactive oxygen species

Artemisinin resistance

Résumé

Plasmodium falciparum intériorise le cytosol des globules rouges (GR) au cours de son développement intraérythrocytaire dans un processus endocytaire appelé absorption du cytosol dans la cellule hôte (host cell cytosol uptake, HCCU). Le cytosol internalisé de la cellule hôte est transporté vers la vacuole alimentaire du parasite (food vacuole, FV), où des protéines telles que l’hémoglobine sont digérées pour fournir des nutriments à la croissance du parasite. En plus de l’hémoglobine, le cytosol des GRs contient des enzymes protectrices antioxydantes dont il a été démontré qu’elles détoxifient les dérivés réactifs de l’oxygène (reactive oxygen species, ROS) et réparent les dommages causés par l’oxydation des lipides membranaires. Ici, nous démontrons que l’enzyme RBC hôte peroxiredoxin 6 (PRDX6), qui a une activité peroxiredoxine et aussi phospholipase A2 (PLA2), est absorbée par le parasite pendant le HCCU et joue un rôle essentiel dans la progression du stade sanguin. Le traitement des parasites avec des inhibiteurs de PLA2 bloque la croissance du parasite et la progression du parasite de stade anneau à schizonte. Notamment, l’inhibiteur Darapladib augmente l’oxydation globale des lipides, perturbe le transport vésiculaire des vésicules contenant le cytosol de la cellule hôte (host cell cytosol-containing vesicles, HcV) vers le FV et conduit à l’accumulation de HcVs à l’intérieur du cytosol du parasite. Le Darapladib cible le PRDX6 humain et inhibe son activité PLA2. hPRDX6 a été localisé dans les HcVs par microscopie électronique. Le prétraitement des GRs avec l’inhibiteur covalente PLA2 méthoxy arachidonyl fluorophosphonate (MAFP) a permis l’invasion réussie des mérozoïte, mais a empêché la progression des parasites au stade schizonte, soulignant l’importance des enzymes PLA2 de l’hôte GR pour la croissance parasitaire intraérythrocytaire. La résistance à l’artémisinine (ART), un antipaludique de pointe, est liée à une réduction du HCCU aux premiers stades de l’anneau. Le co-traitement des parasites résistants au ART avec la dihydroartémisinine et le Darapladib a montré un effet synergique et réduit de manière significative la survie des parasites, vraisemblablement en augmentant les niveaux de stress oxydatif. Du fait, PRDX6 est un cible entièrement nouvelle pour un médicament antipaludique basé sur un enzyme de l’hôte, qui n’est pas essentiel pour l’hôte. L’identification d’un inhibiteur du PRDX6 pharmacologiquement amélioré pourrait ouvrir une nouvelle approche pour d´développer des m´médicaments antipaludiques qui ciblent les enzymes de l’hôte. Cela pourrait empêcher le développement d’une résistance du parasite aux m´médicaments. En outre, l’inhibition sélective de l’hôte PRDX6 pourrait aider à surmonter la résistance émergente des parasites contre les thérapies à base d’artémisinine.

Plasmodium falciparum internalises host red blood cell (RBC) cytosol during its intraerythrocytic development in an endocytic process called host cell cytosol uptake (HCCU). Internalised host cell cytosol is transported to the parasite's food vacuole (FV), where proteins such as hemoglobin are digested to provide nutrients for parasite growth. In addition to hemoglobin, the host RBC cytosol contains antioxidant protective enzymes which have been shown to detoxify reactive oxygen species (ROS) and repair membrane lipid oxidation damage. Here, we demonstrate that the host RBC enzyme peroxiredoxin 6 (PRDX6), which has both peroxiredoxin and phospholipase A2 (PLA2) activity, is taken up by the parasite during HCCU and plays an essential role in blood stage progression. Treatment of parasites with PLA2 inhibitors blocked parasite growth and ring to schizont progression. Notably, the PLA2 inhibitor Darapladib increased overall lipid oxidation, disrupted vesicular transport of host cell cytosol-containing vesicles (HcV) to the FV and led to accumulation of HcVs inside the parasite cytosol. Darapladib was found to target human PRDX6 and inhibited its PLA2 activity. hPRDX6 was localised in HcVs by electron microscopy. Pre-treatment of RBCs with the covalently binding PLA2 inhibitor methoxy arachidonyl fluorophosphonate (MAFP) allowed successful invasion of rings, but precluded progression of invaded parasites to schizont stage underlining the importance of host RBC PLA2 for intraerythrocytic parasite growth. Resistance against the state-of-the-art antimalarial drug Artemisinin (ART) is linked to reduced HCCU in early ring stages. Co-treatment of ART-resistant parasites with Dihydroartemisinin and Darapladib showed a synergistic effect and reduced parasite survival significantly, presumably by raising oxidative stress levels. Taken together, PRDX6 is a completely novel host-based antimalarial drug target candidate which is not essential for the host. Identification of a pharmacologically improved PRDX6 inhibitor could open up a new approach to develop antimalarial drugs that target host enzymes, which may preclude development of drug resistance. Furthermore, selective inhibition of host PRDX6 could help overcome emerging parasite resistance against Artemisinin-based therapies.