Characterization of GEXP15 as a potential regulator of protein phosphatase 1 in Plasmodium falciparum
Caractérisation de GEXP15 en tant que régulateur potentiel de la protéine phosphatase 1 chez Plasmodium falciparum
Résumé
Malaria is one of the most prevalent vector-borne infectious diseases threatening 40% of the global population, causing around 300 million cases and 450,000 deaths annually, mostly affecting children under 5. With no effective vaccine and drug resistance emerging, there is an urgent need for innovative treatments. The malaria-causing Plasmodium parasite has a complex life cycle and unique cell division process. Compared to well-studied systems, limited knowledge of Plasmodium biology hampers therapeutic development. Protein phosphorylation, a key regulatory mechanism, is less understood in Plasmodium than in mammalian or yeast cells. Kinases and phosphatases involved in phosphorylation and dephosphorylation processes respectively are potential drug targets. The Protein Phosphatase type 1 catalytic subunit (PP1c) (PF3D7_1414400) operates in combination with various regulatory proteins to specifically direct and control its phosphatase activity. However, there is little information about this phosphatase and its regulators in the human malaria parasite, Plasmodium falciparum. To address this knowledge gap, we conducted a comprehensive investigation into the structural and functional characteristics of a conserved Plasmodium-specific regulator called Gametocyte EXported Protein 15, GEXP15 (PF3D7_1031600). Through in silico analysis, we identified three significant regions of interest in GEXP15: an N-terminal region hous-ing a PP1-interacting RVxF motif, a conserved domain whose function is unknown, and a GYF-like domain that potentially facilitates specific protein-protein interactions. To further elucidate the role of GEXP15, we conducted in vitro interaction studies that demonstrated a direct interaction between GEXP15 and PP1 via the RVxF-binding motif. This interaction was found to enhance the phosphatase activity of PP1. Additionally, utilizing a transgenic GEXP15-tagged line and live microscopy, we observed high expression of GEXP15 in late asexual stages of the parasite, with localization predominantly in the nucleus. Immunoprecipitation assays followed by mass spectrometry analyses revealed the interaction of GEXP15 with ribosomal- and RNA-binding proteins. Furthermore, through pull-down analyses of recombinant functional domains of His-tagged GEXP15, we confirmed its binding to PfPP1 and to the ribosomal complex via the GYF domain. Collectively, our study sheds light on the PfGEXP15-PP1-ribosome interaction, which plays a crucial role in protein translation. These findings suggest that PfGEXP15 could serve as a potential target for the development of malaria drugs.
Le paludisme est l'une des maladies infectieuses les plus répandues, menaçant 40% de la population mondiale, provoquant environ 300 millions de cas et 450 000 décès chaque année, touchant principalement les enfants de moins de 5 ans. En l'absence d'un vaccin efficace et face à l'émergence de la résistance aux médicaments, il y a un besoin urgent pour mieux comprendre la biologie du parasite afin de proposer des traitements innovants. Le parasite du paludisme, Plasmodium, responsable de la maladie, présente un cycle de vie complexe et un processus de division cellulaire unique. Par rapport aux systèmes bien étudiés, la connaissance limitée de la biologie du Plasmodium empêche le développement thérapeutique. La phosphorylation des protéines, un mécanisme de régulation important, est moins comprise dans Plasmodium que dans les cellules mammifères ou de levure. Les kinases et les phosphatases impliquées dans la phosphorylation et la déphosphorylation respectivement sont des cibles potentielles de médicaments. La sous-unité catalytique de la protéine phosphatase de type 1 (PP1c) (PF3D7_1414400) opère en combinaison avec diverses protéines régulatrices pour diriger et contrôler spécifiquement son activité phosphatase. Cependant, peu d'informations sont disponibles sur cette phosphatase et ses régulateurs dans le parasite du paludisme humain, Plasmodium falciparum. Pour combler cette lacune de connaissances, nous avons mené une étude approfondie sur les caractéristiques structurelles et fonctionnelles d'un régulateur spécifique du Plasmodium appelé, Gametocyte EXported Protein 15, GEXP15 (PF3D7_1031600). Par analyses in silico, nous avons identifié trois régions d'intérêt significatives dans GEXP15 : une région N-terminale couvrant un motif RVxF interagissant avec PP1, un domaine conservé dont la fonction est inconnue, et un domaine de type GYF qui facilite potentiellement des interactions spécifiques protéine-protéine. Pour élucider davantage le rôle de GEXP15, nous avons réalisé des études d'interaction in vitro qui ont démontré une interaction directe entre GEXP15 et PP1 via le motif de liaison RVxF. Cette interaction avec PfGEXP15 a été montrée capable d'augmenter l'activité phosphatase de PP1 in vitro. De plus, en utilisant une lignée transgénique de P. falciparum exprimant la GEXP15-GFP, nous avons observé une forte expression de GEXP15 dans les stades asexués tardifs du parasite, avec une localisation principalement dans le noyau. Des expériences d'immunoprécipitation suivies d'analyses en spectrométrie de masse ont révélé l'interaction de GEXP15 avec des protéines de liaison aux ribosomes et à l'ARN. De plus, grâce à des analyses de capture de domaines fonctionnels recombinants de GEXP15 marqués avec un tag His, nous avons confirmé sa liaison avec PfPP1et au complexe ribosomal via le domaine GYF. Dans l'ensemble, notre étude éclaire l'interaction PfGEXP15-PP1-ribosome, qui joue un rôle crucial dans la traduction des protéines. Ces découvertes suggèrent que PfGEXP15 pourrait être une cible potentielle pour le développement de médicaments contre le paludisme.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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