AP2XI-2 and AP2XII-1 as epigenetic brakes of Toxoplasma gondii merogony
AP2XI-2 et AP2XII-1 : les freins épigénétiques de la mérogonie chez Toxoplasma gondii
Résumé
Toxoplasmosis is a common infection caused by a protozoan parasite transmitted amongst animals and responsible for many economical losses and major health concern. For example, one third of the world wide population is estimated to be chronically infected by Toxoplasma gondii, the causative agent of this zoonosis. Intermediate hosts as humans get infected through ingestion of cysts-contaminated water, fresh produce or meat. Toxoplasma displays a diverse repertoire of intermediate hosts and it is able to establish long-lasting chronic infection, including in rodents. The life cycle of the parasite is completed when definitive hosts feed on chronically infected prey. Felines are the natural reservoir for Toxoplasma, where sexual reproduction occurs and culminates with the release of infectious and resistant oocysts (cysts containing sporozoites) in the environment.Despite the parasites beeing widely studied in the past 50 years, many of these studies were made on in vitro accessible stages (i.e., Tachyzoites and Bradyzoites). Thus, still very little is known about the sexual stages (Merozoites, Enthero-Epithelial Stages, Sporozoites). In addition to technical barriers underlying in vitro culture of sexual stages, Toxoplasma’s sexual reproduction is an event exclusive to felids – hence raised ethical barriers concerning animal experimentation. Sexual stages of the parasites were only observed and described by Ferguson et al in 1997. Recently, Hehl et al 2015 transcriptomics study profiled merozoites as genetically distinct from tachyzoites. The last knowing brick to the building was added by the recent characterisation of the master regulator of Toxoplasma sexual commitment, MORC. Together with the histone deacetylase 3 (HDAC3), MORC silences genes specific to sexual stages by maintaining them under a repressive chromatin state. Acute depletion of MORC was followed by upregulation of stage-specific genes but full stage transition was not achieved – probably due to the existence of a downstream network of epiregulators, including Apetala-like transcription factors. In fact, MORC and HDAC3 lacked DNA binding domains, but strongly interacted with a dozen ApiAP2 transcription factors. The first question raised concerned the recruitment of MORC and HDAC3 to the chromatin. In this respect, MORC/HDAC3 interactome pointed out a dozen of primary AP2.We hypothesized that the recruitment of this repressive complex to the chromatin and its binding to specific loci is dependent on different primary AP2. These, together with other factors (secondary AP2 and chromatin remodellers) are part of a network that regulates sequentially different steps of the transition from asexual to sexual stages. The goal of this project was to describe the contribution of ApiAP2s to the MORC:HDAC3 -dependent regulation of Toxoplasma sexual reproduction. The underlying research question of my thesis was therefore, “what is the function of AP2XII-1/AP2-XI-2 in the sexual reproduction of Toxoplasma gondii?”.Here I will explain how the characterised AP2XI-2 and AP2XII-1 as recruiters of MORC/HDAC3 complex and consequently, as repressors of T.gondii sexual commitment and development. For the first time, we were able to obtain fully developed in vitro merozoites, which corresponded to the pre-gametes stage. We therefore described the in vitro converted pre-gamonts characteristics as distinct subcellular features, marked organellar rewiring, typified division mode and other undescribed modifications.By overcoming ethical and technical barriers, our findings pave the way for further studying Toxoplasma sexual cycle and opens doors for deciphering transmission blocking strategies and development of potential therapeutic targets.
La toxoplasmose est une infection commune causée par un parasite protozoaire transmis entre les animaux et responsable de nombreuses pertes économiques et de problèmes de santé majeurs. Par exemple, on estime qu'un tiers de la population mondiale est chroniquement infecté par Toxoplasma gondii, l'agent responsable de cette zoonose. Les hôtes intermédiaires, comme les humains, sont infectés par l'ingestion d'eau, de produits frais ou de viande contaminés par des kystes. Toxoplasma présente un répertoire diversifié d'hôtes intermédiaires et il est capable d'établir une infection chronique de longue durée, y compris chez les rongeurs. Les félins sont le réservoir naturel, où la reproduction sexuelle du parasite culmine avec la libération d'oocystes infectieux et résistants dans l'environnement.La plupart des études sur Toxoplasma ont été réalisées sur des stades accessibles in vitro (c'est-à-dire les tachyzoïtes et les bradyzoïtes). Ainsi, on sait encore très peu de choses sur les stades sexuels (Mérozoïtes, Stades Enthero-Epitheliaux, Sporozoïtes). En plus des barrières techniques sous-jacentes à la culture in vitro des stades sexuels, la reproduction sexuelle de Toxoplasma est un événement exclusif aux félidés - ce qui soulève des barrières éthiques concernant l'expérimentation animale. Les stades sexuels des parasites n'ont été observés et décrits que par Ferguson et al en 1997. Récemment, l'étude transcriptomique de Hehl et al (2015) a établi le profil des mérozoïtes comme étant génétiquement distincts des tachyzoïtes. La dernière brique connue de l'édifice a été ajoutée par la caractérisation récente du régulateur principal de l'engagement sexuel de Toxoplasma, MORC. Avec l'histone désacétylase 3 (HDAC3), MORC réduit au silence les gènes spécifiques des stades sexuels en les maintenant dans un état chromatinien répressif. La déplétion aiguë de MORC a été suivie d'une régulation positive des gènes spécifiques des stades sexuels, mais la transition complète des stades n'a pas été atteinte - probablement en raison de l'existence d'un réseau en aval d'épirégulateurs, y compris des facteurs de transcription de type Apetala. En fait, MORC et HDAC3 sont dépourvus de domaines de liaison à l'ADN, mais interagissent fortement avec une douzaine de facteurs de transcription ApiAP2. La première question posée concernait le recrutement de MORC et HDAC3 sur la chromatine. A cet égard, l'interactome MORC/HDAC3 a mis en évidence une douzaine d'AP2 primaires.J'ai émis l'hypothèse que le recrutement de ce complexe répressif à la chromatine et sa liaison à des loci spécifiques dépendent de différents AP2 primaires. Ceux-ci, ainsi que d'autres facteurs (AP2 secondaires et remodeleurs de chromatine) font partie d'un réseau qui régule séquentiellement les différentes étapes de la transition du stade asexué au stade sexuel. Le but de ce projet était de décrire la contribution des ApiAP2s à la régulation MORC:HDAC3 -dépendante de la reproduction sexuelle de Toxoplasma. La question de recherche sous-jacente de ma thèse était donc "quelle est la fonction des AP2XII-1/AP2-XI-2 dans la reproduction sexuelle de Toxoplasma gondii ? ".J'expliquerai ici comment les AP2XI-2 et AP2XII-1 ont été caractérisés comme recruteurs du complexe MORC/HDAC3 et, par conséquent, comme répresseurs de l'engagement sexuel et du développement de T.gondii. Pour la première fois, nous avons pu obtenir des mérozoïtes in vitro entièrement développés, correspondant au stade de pré-gamètes.En surmontant les barrières éthiques et techniques, nos résultats ouvrent la voie à une étude plus approfondie du cycle sexuel de Toxoplasma et ouvrent des portes pour déchiffrer les stratégies de blocage de la transmission et le développement de cibles thérapeutiques potentielles.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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