la régulation des gènes chez Plasmodium falciparum

par Pratima Gurung

Projet de thèse en Biologie Santé

Sous la direction de Jose-Juan Lopez-rubio et de Artur Scherf.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé , en partenariat avec MIVEGEC - Maladies Infectieuses et Vecteurs : Ecologie, Génétique, Evolution et Contrôle (laboratoire) et de Mécanismes Biologiques Fondamentaux des Eucaryotes Ancestraux - MeBFEA (equipe de recherche) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    Plasmodium falciparum est responsable du paludisme sévère et cause chaque année 200 millions de nouveaux cas et 429 000 décès dans le monde entier. Il possède un cycle de vie complexe comprenant deux hôtes, le cycle asexué chez l'humain et le cycle sexuel chez le moustique Anopheles. Tout au long de leur cycle de vie, les parasites présentent de nombreuses formes morphologiquement et fonctionnellement distinctes, comme le montrent les données de protéomiques et de transcriptomiques. Celles-ci révèlent une régulation de la transcription très contrôlée. Cependant, relativement peu de facteurs de transcription ont été identifiés à ce jour. Ceci suggère la présence de mécanismes alternatifs pour la régulation des gènes chez P. falciparum. Par conséquent, mes recherches portent sur deux de ces mécanismes alternatifs et sont divisées en deux parties. Partie I: Etudier le rôle des modifications des histones, et en particulier l'histone H3, dans la virulence du parasite. Chez les parasites, l'ADN est enroulé autour d'histones chargées positivement pour former la chromatine. Ces histones sont soumises à diverses modifications qui sont corrélées avec l'état de la transcription. En particulier, la triméthylation de la lysine 9 de l'histone H3 (H3K9me3) est associée à une répression transcriptionnelle tandis que l'acétylation du même résidu (H3K9ac) est associée à une activation de la transcription. L'immunoprécipitation de la chromatine avec un anticorps anti-H3K9me3 a montré que cette modification est présente sur les loci des gènes var (responsables de la pathogenèse) et du gène AP2-G, un facteur de transcription impliqué dans l'initiation de la gamétogenèse. Afin de mieux comprendre le rôle fonctionnel de cette modification, nous avons utilisé l'approche dominante négative. Partie II: comprendre la régulation des gènes médiée par une structure secondaire de l'ADN, appelée G-quadruplex (G4). Les structures G4 se forment dans des séquences riches en guanine (G) par l'empilement de tétrades de G, et ont une conformation hélicoïdale sur l'ADN monocaténaire. Les structures G4 jouent un rôle important dans la régulation des gènes tels que la transcription (elles se comportent comme un obstacle stérique pour la machinerie de transcription), la réplication de l'ADN (en bloquant le fourche de réplication) et la maintenance des télomères. De plus, elles sont impliquées dans la virulence antigénique de nombreux agents pathogènes tels que les bactéries, les protozoaires et les virus. Chez Plasmodium, l'analyse computationnelle a révélé la présence de motifs G4 putatifs dans les télomères et la région en amont des gènes var. Pour comprendre le rôle des structures G4, il est primordial d'identifier les protéines qui modulent la fonction biologique de ces structures. Plusieurs études ont été réalisées pour identifier les partenaires interagissant avec les G4 chez divers organismes, tandis que ce champ de recherche reste inexploré chez Plasmodium. Par conséquent, le deuxième but de mon projet est d'identifier les protéines se liant aux G4 afin d'étudier leur rôle dans la virulence du parasite du paludisme.

  • Titre traduit

    Gene regulation in Plasmodium falciparum


  • Résumé

    Plasmodium falciparum is responsible for severe malaria and causes around 200 million cases and 429,000 deaths worldwide each year.It manifests a complex life cycle in two hosts, asexual cycle in human host and sexual cycle in Anopheles mosquito vector. Throughout their life cycle, parasites exhibit numerous morphological and functionally distinct forms as shown by both proteomic and transcriptomic data. Such life cycle requires the tightly regulated transcription process. However, there are relatively few transcriptional factors that have been identified so far. It suggests the possibilities of some alternative mechanisms for gene regulation in Plasmodium falciparum. Therefore, my research is focused on addressing two such alternative mechanisms. The project has been divided into two parts. Part I : To study the role of histone modifications especially in histone H3 in the parasite virulence. In parasites, DNA is wrapped around positively charged histones to form a chromatin. These histones are subjected to various modifications that have been correlated with the state of transcription. Eg. H3K9me3 is correlated to transcriptionally silent expression while H3K9ac as transcriptionally active. The genome wide chromatin immunopreciptation of H3K9me3 has shown that this modification is present on the locus of var gene (cause of pathogenesis ) and AP2-G, an initiator of gametogenesis. In order to understand the functional role of this modification, we have used the dominant negative approach. Part II : to understand the gene regulation mediated by secondary form of DNA i.e. G quadruplexes. G4 structures are formed by stacked guanine (G) tetrads, with helical conformation on single stranded DNA, within G-rich nucleic acid sequences. G4s are shown to play an important role in gene regulation such as transcription (as a steric hindrance for transcriptional machinery), DNA replication (by stalling replication fork) and telomere maintenance. Additionally, they are also found to be involved in the antigenic virulence of numerous pathogens such as bacteria, protozoa and viruses. In Plasmodium, the computational analysis has revealed the presence of putative G4 motifs in the telomeres and the upstream region of var genes. To understand the role of G4 structure, it is important to identify the proteins that modulate the biological function of G4 structures. Several studies have been carried out in the field of identification of G4- interacting partners in various organisms while it remains unexplored in Plasmodium. Therefore, the second aim of my project is to identify the G4 and their interacting proteins in order to study their role in the virulence of the malaria parasites.