Caractérisation fonctionnelle de la voie de sécrétion dépendante de Rab11A chez Toxoplasma gondii

Functional characterization of the Rab11A-dependent secretory pathway in Toxoplasma gondii

• Auteur / Autrice : Sylia Chehade
• Direction : Sabrina Marion
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Soutenance le 29/03/2021
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d’Infection et d’Immunité de Lille - INSERM U 1019 - UMR 9017 - UMR 8204
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Silvie, Yves Rouillé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maryse Lebrun, Marie-France Cesbron-Delauw

Mots clés

Mots clés contrôlés

Exocytose

Apicomplexa

Interactions hôte-parasite

Vésicules de sécrétion

Toxoplasmose

Toxoplasma

Exocytose

Apicomplexes

Relations hôte-parasite

Toxoplasmose

Toxoplasma gondii

Mots clés libres

Toxoplasma gondii

Rab11A

Granules denses

Complexe HFH

Micronèmes

Toxoplasma gondii

Rab11A

Dense granules

HFH complex

Micronemes

Résumé

Toxoplasma gondii possède une armada d’effecteurs parasitaires qui permettent l’invasion et la survie des parasites dans la cellule hôte. Ces facteurs sont contenus dans des organites sécrétoires spécifiques, les rhoptries (ROP), les micronèmes (MIC) et les granules denses (DG) qui libèrent leur contenu lors de l'adhésion et l'invasion active de l’hôte. Les protéines des DG (GRA) sont également sécrétées de manière dite « constitutive » lors de la réplication du parasite et jouent un rôle crucial dans la modulation de la réponse de l'hôte, assurant la survie et la dissémination du parasite. Alors que les mécanismes moléculaires régulant la libération des protéines ROP et MIC lors de l'invasion parasitaire ont été bien étudiés, la sécrétion constitutive des DG reste un aspect totalement inexploré du trafic vésiculaire de T. gondii. Au cours de cette thèse, nous avons d’abord étudié le rôle de la petite GTPase Rab11A, un régulateur de l’exocytose connu dans les cellules eucaryotes. Nous avons démontré que lors de la réplication parasitaire, TgRab11A régule le mouvement des DG dépendent de l’actine et stimule l’étape finale de leur l’exocytose au niveau de la membrane plasmique du parasite et donc la libération des protéines GRA dans l’espace vacuolaire et dans le cytosol de la cellule hôte. En outre, nous avons démontré une nouvelle fonction pour TgRab11A dans les premières étapes d’adhésion du parasite aux cellules hôtes et dans la motilité du parasite, et donc dans l’invasion des cellules hôtes. En accord avec ces résultats, la sécrétion de l'adhésine MIC2 est altérée chez les parasites extracellulaires inhibés dans l’activité de TgRab11A. De manière surprenante, les parasites extracellulaires mobiles envahissants la cellule hôte présentaient une accumulation apicale polarisée et focalisée des vésicules Rab11A-positives, suggérant un rôle pour TgRab11A dans les premiers évènements sécrétoires précoces déclenchés lors de l’invasion parasitaire. Collectivement, nos données ont révélé TgRab11A comme un régulateur crucial de la voie de sécrétion constitutive chez T. gondii. Dans une deuxième partie de cette thèse, nous avons caractérisé un nouveau partenaire de TgRab11A, contenant un domaine HOOK unique, que nous avons appelé TgHOOK. Nous avons constaté que cette protéine forme un complexe stable avec un homologue de la protéine Fused Toes (FTS) et une protéine interagissant avec HOOK (appelée HIP) nouvellement identifiée spécifique aux parasites coccidiens. HOOK et FTS sont deux régulateurs conservés du trafic endosomal connus pour favoriser le transport et/ou la fusion des vésicules chez d’autres eucaryotes. In T. gondii, nous avons constaté que le complexe TgHOOK-TgFTS-HIP s’accumule à l’extrémité apicale du parasite et favorise la sécrétion des protéines MIC, contribuant ainsi à l’invasion du parasite.

Toxoplasma gondii possesses an armada of secreted virulent factors that enable parasite invasion and survival into the host cell. These factors are contained in specific secretory organelles, the rhoptries (ROP), micronemes (MIC) and dense granules (DG) that release their content upon host adhesion and active invasion. DG proteins (GRA) are also secreted in a so called « constitutive manner » during parasite replication and play a crucial role in modulating host responses, ensuring parasite survival and dissemination. While the molecular mechanisms regulating ROP and MIC protein release during parasite invasion have been well studied, constitutive secretion of DG remains a fully unexplored aspect of T. gondii vesicular trafficking. During this thesis, we first investigated the role of the small GTPase Rab11A, a known regulator of exocytosis in eukaryotic cells. We demonstrated that during parasite replication, TgRab11A regulates actin-dependent DG motion and stimulates the final step of their exocytosis at the parasite plasma membrane and therefore GRA protein release in the vacuolar space and host cytosol. Moreover, we demonstrated a novel function for TgRab11A in the early steps of parasite adhesion to host cells and parasite motility, and thus host cell invasion. In agreement with these findings, the secretion of the MIC2 adhesin was severely perturbed in extracellular TgRab11A-defective parasites. Strikingly, extracellular adhering and invading parasites exhibited an apically polarized and focalized accumulation of TgRab11A-positive vesicles, suggesting a role for TgRab11A in early secretory events triggered during parasite invasion. Collectively, our data revealed TgRab11A as a crucial regulator of the constitutive secretory pathway in T. gondii. In a second part of this thesis, we functionally characterized a novel TgRab11A-binding partner, containing a unique HOOK-domain, that we called TgHOOK. We found that this protein forms a stable complex with a homologue of the Fused Toes (FTS) protein and a newly identified HOOK Interacting Protein (HIP) specific to coccidian parasites. HOOK and FTS are two conserved endosomal trafficking regulators known to promote vesicle trafficking and/or fusion in other eukaryotes. In T. gondii, we found that the TgHOOK-TgFTS-HIP complex accumulates at the apical tip of parasites and promotes microneme secretion, thereby contributing to parasite invasion.