Etude de la synthèse des centres fer-soufre à l’apicoplaste et la mitochondrie de Toxoplasma gondii - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Study of the synthesis of iron-sulfur clusters at the apicoplast and mitochondria of Toxoplasma gondii

Etude de la synthèse des centres fer-soufre à l’apicoplaste et la mitochondrie de Toxoplasma gondii

Résumé

Toxoplasma gondii is a member of the phylum of Apicomplexa that includes many parasites responsible for zoonoses. T. gondii is an obligate intracellular parasite with a complex cycle involving various hosts. It harbors two organelles of endosymbiotic origin: the mitochondrion and the apicoplast (originated from secondary endosymbiosis). Both contain metabolic pathways important to the parasites. Among the pathways present in the apicoplast are the FASII fatty acid pathway and the isoprenoid biosynthesis pathway. The proper functioning of these pathways as well as many other cellular functions, such as the mitochondrial respiratory chain, require the use of proteins containing Iron-Sulfur (Fe-S) centers. The biosynthesis pathways for generating Fe-S proteins is largely understudied in Apicomplexa, although some investigations have shown some are essential in the malaria-causing parasite Plasmodium.Within the other branches of the tree of life, different Fe-S biosynthetic pathways have been described: the ISC mitochondrial pathway, the CIA cytoplasmic pathway, the SUF plastidic pathway. As T. gondii contains two organelles of endosymbiotic origin (the mitochondrion and the apicoplast), it has these three biosynthetic pathways. During my PhD project, I focused on components of the ISC and SUF pathways and sought to evaluate how they contribute to parasite fitness.I have discovered that impacting the expression of the SufS cysteine desulfurase leads to a defect in the lytic cycle of T. gondii, which is likely linked to a defect in apicoplast-related function. We observed defects in the synthesis of apicoplast-derived fatty acids, which could be linked to a loss of function of the LipA Fe-S protein (which is important for the synthesis of acetyl-CoA, a precursor of the FASII pathway). Impairing the SUF pathway leads to abnormal formation of daughter cells during parasite replication, followed by delayed but irreversible death of the parasites. It thus appears that the SUF pathway is necessary for the survival of T. gondii.On the other hand, impacting the mitochondrial ISC pathway by targeting the IscU scaffold protein, induces stress and metabolic changes (to adapt to the demise of Fe-S-dependent electron transport chain) that did not kill the parasites, but instead allowed its differentiation into an encysted resistance form.Therefore, our characterization in T. gondii of the plastidic and mitochondrial Fe-S cluster synthesis pathways has shown that their function has been conserved during evolution, and that they contribute differently, yet importantly, to the fitness of the parasite. These pathways should then be investigated further to look for new potential therapeutic drug targets.
Toxoplasma gondii est un membre du phylum Apicomplexa qui comprend de nombreux parasites responsables de zoonoses. T. gondii est un parasite intracellulaire obligatoire dont le cycle complexe implique différents hôtes. Il abrite deux organelles d'origine endosymbiotique : la mitochondrie et l'apicoplaste (issus d'une endosymbiose secondaire). Tous deux contiennent des voies métaboliques importantes pour les parasites. Parmi les voies essentielles présentes dans l'apicoplaste figurent les voies de biosynthèse des acides gras FASII et des isoprénoïdes. Le bon fonctionnement de ces voies, ainsi que de nombreuses autres dans la cellule, comme la chaîne respiratoire mitochondriale, nécessite l'utilisation de protéines contenant des centres fer-soufre (Fe-S). Les voies de biosynthèse permettant de générer des protéines Fe-S sont largement sous-étudiées chez les Apicomplexes, bien que des recherches aient montré que certaines sont essentielles chez Plasmodium.Dans les autres branches de l'arbre de vie, différentes voies de biosynthèse des clusters Fe-S ont été décrites : la voie mitochondriale ISC, la voie cytoplasmique CIA et la voie plastidique SUF. Comme T. gondii contient deux organelles d'origine endosymbiotique, il possède ces trois voies de biosynthèse. Au cours de mon projet de thèse, je me suis concentrée sur les composants des voies ISC et SUF et j'ai cherché à évaluer comment ils contribuent à la survie du parasite.J'ai mis en évidence qu’interférer avec la fonction de la cystéine désulfurase SufS ou la fonction d’ATPase de SufC, entraîne un défaut dans le cycle lytique de T. gondii, probablement lié à un défaut dans des fonctions liées à l'apicoplaste. Nous observons des défauts dans la synthèse des acides gras dérivés de l'apicoplaste, qui pourraient être liés à une perte de fonction de la protéine Fe-S LipA (qui est importante pour la synthèse de l'acétyl-CoA, un précurseur de la voie FASII). L'altération de la voie SUF entraîne une malformation des cellules filles lors de la réplication du parasite, suivie d'une mort retardée, mais irréversible, des parasites. Il semble donc que la voie SUF soit nécessaire à la survie de T. gondii.D'autre part, lorsque l’on interfère avec la voie mitochondriale ISC en ciblant la protéine d'échafaudage IscU, cela induit un stress et des changements métaboliques (afin de s'adapter à la disparition de la chaîne de transport d'électrons dépendante de protéines Fe-S) qui ne tuent pas les parasites, mais permettent sa différenciation en une forme de résistance enkystée.Notre caractérisation, chez T. gondii, des voies de synthèse des centres Fe-S plastidiques et mitochondriales a montré que leur fonction semble conservée au cours de l'évolution, et qu'elles contribuent différemment, mais de manière importante, à la survie du parasite. Ces voies devraient être plus étudiées afin de rechercher de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03401909 , version 1 (25-10-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03401909 , version 1

Citer

Sarah Pamukcu. Etude de la synthèse des centres fer-soufre à l’apicoplaste et la mitochondrie de Toxoplasma gondii. Sciences agricoles. Université Montpellier, 2021. Français. ⟨NNT : 2021MONTT029⟩. ⟨tel-03401909⟩
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