Caractérisation génomique, structurale et fonctionnelle des protéines liant les molécules odorantes dans le système olfactif des moustiques vecteurs de maladies infectieuses

Genomic, structural and functional characterization of odorant binding proteins in olfaction of mosquitoes involved in infectious disease transmission

• Auteur / Autrice : Malini Manoharan
• Direction : Bernard Offmann, Ramanathan Sowdhamini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie informatique
• Date : Soutenance le 28/09/2011
• Etablissement(s) : La Réunion en cotutelle avec National Centre for Biological Sciences (Bangalore, Inde)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Dynamique des structures et interactions des macromolécules biologiques (Saint-Denis, Réunion)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Cadet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ramasubbu Sankararamakrishnan, Huu Vinh Tran, Dhanjay Jhurry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moustiques -- Lutte contre

Génomique

Odorat

Relations hôte-parasite

Moustiques -- Vecteurs de maladies

Mots clés libres

Moustique

Molécule odorante

Olfaction

OBP

Génomique

Structure 3D

Docking

Mosquito

Docking

Résumé

Dans le système olfactif des moustiques, les protéines liants les molécules odorantes ou odorant binding proteins (OBPs) interviennent dans les toutes premières étapes permettant d'aboutir à la reconnaissance de leurs hôtes et font l'objet d'un intérêt croissant dans les recherches sur la transmission des maladies infectieuses par ces insectes. Le travail présenté a pour objet d'approfondir les connaissances sur ces OBPs dans trois génomes de moustiques, tous vecteurs de maladies infectieuses : Anopheles gambiae, Aedes aegypti et Culex quinquefasciatus. Une analyse à l'échelle de ces génomes a été réalisée et a permis d'identifier un nombre important de nouveaux gènes d'OBPs notamment chez les espèces de moustiques Aedes aegypti et Culex quinquefasciatus. Complétée par une étude phylogénétique du répertoire complet de ces gènes dans les trois génomes étudiés, cette analyse a permis d'établir une nouvelle classification des sous familles des OBPs. Ce résultat démontre l'extraordinaire multiplicité et diversité des gènes impliqués dans l'olfaction chez ces espèces de moustiques tout en mettant en lumière certaines propriétés des séquences des OBPs qui sont hautement conservés chez les moustiques. Grâce à la disponibilité de certaines structures d'OBPs de moustiques ou d'autres insectes apparentées, des modèles structuraux de tous les OBPs de la sous famille dites Classic dans les trois génomes, soit au total 137 structures, ont été construits. Ces structures ont servi de base pour le criblage à grande échelle par docking moléculaire d'une chimiothèque de 126 molécules odorantes connues pour leurs propriétés attractives ou répulsives vis-à-vis des moustiques. Ces résultats fournissent pour la première fois, les bases structurales et fonctionnelles pour la compréhension au niveau moléculaire de l'efficacité de certains agents répulsifs tout comme de l'attractivité de certains agents provenant des émanations humaines. Par simulation de dynamique moléculaire, les changements qui s'opèrent dans une de ces OBPs lorsque celle ci, liée à une molécule odorante, se retrouve dans des conditions de pH modifiée ont été caractérisée et un mécanisme probable par lequel ces OBPs participeraient à la reconnaissance et la libération des molécules odorantes est proposée. Cette thèse fournit des éléments de réponses importants quant à la caractérisation génomique, structurale et fonctionnelle des OBPs de moustiques et peut servir de base de départ pour des recherches expérimentales plus approfondies sur ces aspects.

The role of odorant binding proteins in the olfaction of mosquitoes, the primary mechanism of human host recognition, has been an important focus of biological research in the field of infectious disease transmission by these insects. This thesis provides an in depth knowledge of these proteins in three mosquito species Anopheles gambiae, Aedes aegypti and Culex quinquefasciatus. A large scale analysis on these genomes has been carried out towards the identification of the odorant binding proteins in the mosquito genomes. Identification of many new OBP members, in particular in the Aedes aegypti and Culex quinquefasciatus species, and an extensive phylogenetic analysis presenting a novel classification of the OBP subfamilies of these mosquito species has been proposed. This results further demonstrates the extraordinary multiplicity and diversity of the OBP gene repertoire in these three mosquito genomes and highlights the striking sequence features that are nevertheless highly conserved across all mosquito OBPs. Owing to the availability of homologous structures from mosquitoes or related species, the 3D structure modelling of all the Classic OBPs from the three genomes (representing in total 137 structures) has been performed. This was completed by large scale docking studies on these structures by screening a large set of compounds that are known to be mosquito attractants or repellents. These provide many exciting new insights into the structural and functional aspects towards understanding the efficacy of some repellents and of some attractants from human emanations. Through molecular dynamics simulation, the structural changes observed in an OBP bounded to an odorant when pH conditions are modified were characterized and the probable mechanism of ligand binding and release is presented. This work provides the first insights to many of the long awaited questions on the genomic, structural and functional characterization of mosquito OBPs and can be viewed as a reliable starting point for further experimental research focussed on these aspects.