Le paludisme est une maladie tropicale due au parasite P. falciparum. Avec le grand nombre de victimes qui lui sont imputées chaque année, cette maladie demeure la plus grande parasitose tropicale et il est primordial de la combattre. Ce combat passe aussi bien par la sensibilisation des populations que par la recherche. Plusieurs échecs thérapeutiques, dus à la résistance du parasite aux médicaments déjà disponibles, sont recensés. L’émergence de cette résistance pousse la recherche à identifier de nouvelles molécules antipaludiques. Ces travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre d'une meilleure connaissance de la biologie du parasite dans le but d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques et de déterminer de nouvelles stratégies antipaludiques. Les protéines kinases, dont la protéine kinase A (PKA), sont connues pour avoir des rôles clé dans la régulation du cycle cellulaire. La régulation spatiale et temporelle de la PKA est assurée par des protéines d'ancrage appelées AKAP (A Kinase Anchoring Protéines). Nous avons identifié par homologie de séquences la première protéine AKAP putative chez P. falciparum (PfAKAP). Associant des études de biologie moléculaire (RT-PCR, interruption génique), de biologie cellulaire (immunofluorescence), de biochimie (« pull-down », « peptide array »), et de protéomique (spectrométrie de masse), nous avons caractérisé la PfAKAP. Cette protéine, majoritairement exprimée aux stades matures du développement érythrocytaire, semble importante pour le développement du parasite mais n'interagit pas directement avec la PKA du parasite. Elle fait intervenir des partenaires protéiques tels que la protéine Pf14-3-3I. En effet, la Pf14-3-3I pourrait être un substrat de la PfPKA et cependant jouer un rôle dans sa localisation. Par ailleurs, comme son proche homologue humain l’AKAP18, la PfAKAP interagit avec les nucléotides comme l’AMP et l’AMPc. Cela suggère entre autres que cette protéine peut interagir avec la voie de l'AMPK ou avec celle des phosphodiestérases chez le parasite. Nos premiers résultats sont encourageants et révèlent l’importance de la PfAKAP pour le développement parasitaire. Des recherches complémentaires permettront à l'avenir de développer et concevoir des nouvelles stratégies thérapeutiques comme celle des peptides interférents. / Pas de résumé

L’objectif de ce travail était d’étudier les conséquences immunologiques du paludisme gestationnel chez la femme enceinte et le nouveau-né. Ce travail de recherche fait partie du projet STOPPAM, un suivi de cohorte de femmes enceinte et de leurs enfants, réalisés dans deux pays d’Afrique : le Bénin et la Tanzanie. Les objectifs de STOPPAM étaient d’élucider les mécanismes et le déroulement de la pathologie du paludisme associé à la grossesse (PAG) et de quantifier les conséquences du PAG sur la santé de la mère et du jeune enfant. Nous avons, dans un premier temps, caractérisé les cellules immunocompétentes chez des femmes infectées et non-infectées au cours de la grossesse. Deux études ont été ainsi réalisées sur deux sous-groupes de femmes prélevées au début de la grossesse et à l’accouchement. Sur une vingtaine de données appariées entre le début de la grossesse et l’accouchement, nous avons mis en évidence une diminution de fréquence des lymphocytes T indépendamment de l’infection palustre. Au cours du PAG, nous avons déterminé sur deux sous-populations de femmes enceintes, au début de la grossesse et à l’accouchement : i) les fréquences et le niveau d’activation des cellules médiatrices de l’immunité et ii) les concentrations de cytokines et de chimiokines plasmatiques. Nos résultats ont permis de montrer, d’une part que le paludisme gestationnel induit des changements qualitatifs et quantitatifs sur le profil cellulaire et cytokinique, en fonction de l’âge gestationnel et en fonction de la date de l’infection. L’originalité de ces études réside dans l’identification au début de la grossesse, de marqueurs cellulaires et cytokiniques, tels que les lymphocytes B et les Treg d’une part, l’IL-10, l’IP-10 et le MIG d’autre part, qui pourraient être un facteur de risque d’infection placentaire à l’accouchement. Ces observations suggèrent la nécessité de la prise en charge des infections au début de la grossesse dans le contrôle du paludisme gestationnel. La deuxième partie de notre travail s’est intéressée aux conséquences du PAG sur les réponses innées du jeune enfant. Dans une première étude, nous avons caractérisé les cellules présentatrices d’antigènes dans le sang du cordon en fonction du paludisme placentaire ou de l’inflammation du placenta. Nos résultats montrent une altération partielle des cellules présentatrices d’antigènes du nouveau-né, induite par la présence de pigment malarique dans le placenta. Nos résultats soulignent l’importance de l’âge de la mère au moment de la grossesse et de la parité, sur les cellules présentatrices d’antigène du nouveau-né. Ces résultats suggèrent une modulation des réponses cellulaires néonatales par le PAG. La dernière partie de ce travail a considéré les réponses cytokiniques dans le sang de cordon et le sang périphérique du jeune enfant, à des ligands de TLR sur une cohorte de 134 enfants. Les observations issues de cette étude démontrent que l’activation du système immunitaire inné du jeune enfant peut être modifiée par une l’infection survenue à l’accouchement chez la mère. Nos résultats montrent que la susceptibilité au paludisme au cours de la première année de vie dépend de la période de stimulation des récepteurs TLR du système immunitaire néonatal. L’ensemble des travaux réalisés au cours de cette thèse permet de comprendre des mécanismes cellulaires et inflammatoires impliqués dans le paludisme gestationnel chez la femme enceinte et chez l’enfant. Nos résultats ont permis d’identifier des bio-marqueurs liés au PAG. / The objective of this thesis was to investigate the immunological consequences of pregnancy associated malaria (PAM) in pregnant women and their newborns. The study populations comprise sub-groups drawn from a longitudinal study known as “Strategies TO Prevent Pregnancy Associated Malaria” (STOPPAM) that was conducted in parallel in the two study sites i.e. Benin and Tanzania. The STOPPAM objectives were to elucidate the mechanisms and course of PAM and quantify the effects of PAM on mothers and their childhood’s health. First, we characterized cell mediated-immunity from P. falciparum-infected or non-infected pregnant women. Two studies were carried out in two sub-groups of pregnant women at early pregnancy and at delivery. In the first study, we observed a decrease frequency of T cells independently of malaria infection in the twenty-four pregnant women matched at early pregnancy and at delivery. In the second study, we characterized: i) the frequency and the level of activation of cell mediated-immunity and ii) quantify the plasma level of cytokine and chemokine in sub-groups at early pregnancy and at delivery. We observed that malaria infected pregnant women enhanced qualitative and quantitative changes in cells frequencies early during pregnancy and at delivery. The main finding of this study was the B cells activation at any time of infection and the decreased frequency of Treg at early pregnancy. PAM enhanced also higher levels of IL-10, IP-10 and MIG in our sub-groups. These bio-markers were identified as risk factors of placental infection at delivery. These observations suggest the management of malaria control in pregnant women in early pregnancy. The second part of this thesis was focused on the impact of PAM on neonatal innate immune responses. In a first study, we characterized antigen-presenting cells (APC) in cord blood as a function of placental malaria infection or inflammation of the placenta. Our results showed that the presence of malaria pigment in the placenta was associated to partial activation of cord blooddendritic cells. Our results highlight the importance of the age of the mother at the time of pregnancy and parity on APC activation in cord blood. These results suggest that PAM can induce neonatal innate responses alteration. Then we considered the cytokine responses in cord blood and in peripheral blood of newborn, to TLR ligands in a cohort of 134 children. The observations from this study demonstrate that infection occurred close to/at delivery in the mother can induce modulation of young-children innate immune system, through the TLR. Our results suggest that susceptibility to malaria infection during the first year of life could depend on the period of stimulation of TLRs neonatal immune system. All the work done in this thesis provides an understanding of the cellular mechanisms involved in inflammatory and gestational malaria in pregnant women and in children. Our results have identified biomarkers associated with PAG.

Ce travail a eu pour objectif de caractériser les parasites P. falciparum, infectant les femmes enceintes et responsables du paludisme associé à la grossesse. Dans la première partie de ce travail, le phénotype d’adhérence et le profil d'expression des gènes var chez les parasites infectant les femmes enceintes ont été étudiés. Ces analyses ont été réalisées sur des isolats parasitaires collectés dans deux études menées au Bénin entre 2008 et 2013. La première étude, sur des isolats prélevés dans le cadre d'une étude de cohorte de femmes enceintes dans les zones rurales au Bénin, a montré que les parasites qui infectent les femmes dans le premier trimestre de la grossesse expriment déjà un phénotype placentaire. Dans une deuxième étude, portant sur les isolats prélevés en prospective chez des femmes enceintes se présentant en consultations prénatales dans les centres de santé à Cotonou, une analyse plus détaillée des propriétés d'adhérence des hématies parasitées par P. falciparum, a confirmé nos premiers résultats. Cette étude a souligné une plus grande complexité dans les propriétés d’adhérence des isolats obtenus pendant le premier trimestre de grossesse qui adhèrent sur plusieurs récepteurs. Tout au long de la grossesse cette diversité phénotypique s’affine vers des phénotypes typiquement placentaires. Ce travail a également démontré, qu'au-delà de la parasitémie, l'adhérence à la CSA est un facteur important au regard de l’issue défavorable de la grossesse ; les parasites qui infectent les primigestes adhèrent en moyenne plus à la CSA que ceux provenant des multigestes. Conformément aux travaux antérieurs, les études menées au Bénin ont montré que le gène var2csa est le membre de la famille des gènes var qui est préférentiellement transcrit par les parasites infectant la femme enceinte. L’expression de la protéine correspondante à la surface des érythrocytes infectés a été démontrée grâce à des anticorps spécifiques. Cette expression a été étroitement associée à la capacité des isolats à adhérer, in vitro, à la CSA. La deuxième partie de ce travail a examiné le potentiel vaccinal de VAR2CSA par l’exploration des régions peptidiques impliquées dans l'acquisition d'anticorps « anti-adhérence ». En utilisant une approche d'immunisation génétique chez la souris, nous avons été en mesure d'identifier la région minimale de VAR2CSA située dans son extrémité N-terminale comme étant le site qui concentre les épitopes anti-adhérence. Les IgG induites contre la région NTS-DBL2X de VAR2CSA ont été capables d’inhiber l'adhérence de plus de 60% ??des isolats naturels de P. falciparum à la CSA. Cette étude a par ailleurs mis en évidence des propriétés fonctionnelles des IgG qui seraient souche-spécifique ainsi qu’a aidé à formuler une hypothèse concernant la combinaison antigénique des variants de VAR2CSA nécessaires pour garantir une activité optimale sur des isolats de terrain. La dernière partie de ce travail a porté sur l'analyse du polymorphisme des séquences de VAR2CSA dans sa partie N-terminale chez les isolats de terrain. Ces analyses ont démontré l'existence d'une région dimorphique dans le domaine structurellement critique ID1, qui a révélé une association très intéressante avec la survenue d'infections à très forte densité de parasite. Le travail développé dans cette thèse a permis de mettre à jour les connaissances sur les parasites qui infectent les femmes pendant la grossesse et de formuler des hypothèses sur les pistes d'optimisation moléculaire, nécessaires au développement d'un vaccin efficace à base de VAR2CSA. / This thesis aimed to characterize the P. falciparum parasites infecting pregnant women and causing pregnancy-associated malaria (PAM). In the first part of this work, cytoadherence phenotype and var genes expression profile of pregnant women parasites have been investigated on parasite isolates collected in two studies conducted in Benin between 2008 and 2013. The first study on isolates collected as part of a cohort study of pregnant women in rural areas in Benin, showed that parasites which infect women in the first trimester of pregnancy already express placental phenotype. In a second study on isolates collected prospectively from pregnant women attending antenatal clinics in health centers in Cotonou, the analysis of the adhesion phenotype using multiple host receptors described so far confirmed the first results and highlighted a greater complexity of the binding properties in isolates collected during the first trimester and those obtained from multigravidae. This study also demonstrated that beyond parasitaemia, adhesion to CSA is a major factor for poor pregnancy outcomes. Consistent with previous reports, studies in Benin showed that var2csa was the most transcribed var gene by PAM-isolates and its surface expression on infected erythrocyte (IE) was demonstrated with specific antibodies. This was closely linked to the ability of isolates to adhere to CSA in vitro. The second part of the work investigated the vaccine potency of VAR2CSA by exploring the region of var2csa involved in the acquisition of anti-adhesion antibodies. Using a DNA immunization approach performed in mice, we were able to identify the var2csa minimal region located in its N-terminus as the site that concentrates the anti-adhesion epitopes. The NTS-DBL2X region of VAR2CSA has been found to induce cross-reactive antibodies that inhibit adhesion of more than 60% of field P. falciparum isolates to CSPG. This study highlighted some strain-specific properties in functionality of the antibodies induced and helped formulate a hypothesis of antigenic FCR3 and 3D7 variants combination for optimal activity on field isolates. The last part of this work focused on the analysis of sequence polymorphism in the N-terminal part of VAR2CSA expressed by field isolates. The analysis demonstrated the existence of a dimorphic region within the structurally critical ID1 domain that revealed a very interesting association with the occurrence of infections with very high parasite density. The work developed in this thesis updates knowledge on parasites infecting women during pregnancy and formulates hypotheses on the molecular optimization tracks necessary for the development of an effective VAR2CSA-based vaccine.

L'objectif général de cette thèse était d'étudier le rôle des anticorps dans la susceptibilité ou la résistance au paludisme chez de jeunes enfants béninois exposés naturellement aux infections palustres durant leurs deux premières années de vie. Deux projets complémentaires (PALNOUGENENV et TOLIMMUNPAL) ont été mises en place au Bénin et consistaient à suivre des mères et leurs enfants. Dans le cadre du projet PALNOUGENENV, l'étude incluait 600 mères à l'accouchement et a suivi leurs enfants pendant les dix-huit premiers mois de vie dans le but d’étudier les conséquences de l’infection placentaire palustre chez les mères sur la survenue des premières infections palustres chez les nouveau-nés. Suite au projet PALNOUGENENV, il semblait important de connaitre le statut palustre de la mère pendant la grossesse et pas seulement à l’accouchement. Le projet TOLIMMUNPAL a donc été mis en place et incluait 400 mères et leurs enfants. Les mères ont été inclues à la première consultation prénatale et suivies au niveau parasitologique et clinique jusqu'à l'accouchement et leurs enfants ont été suivis de la naissance jusqu'à 24 mois dans le but d'étudier des déterminants environnementaux, biologiques et génétiques impliqués dans le développement de la tolérance immunitaire associée au paludisme et ses conséquences sur la protection de la femme enceinte et du jeune enfant. Plus spécifiquement, nous avons étudié chez ces enfants les relations entre l'infection palustre et les niveaux d'anticorps spécifiquement dirigés contre les antigènes candidats vaccins les plus avancés du stade érythrocytaire d'une part et la capacité des anticorps à inhiber le développement in vitro de P. falciparum d'autre part. Nos résultats mettent en évidence une association dans la cohorte PALNOUGENENV entre les niveaux élevés des sous-classes cytophiles IgG1 dirigées contre les antigènes candidats vaccins MSP1 (p<0,001, OR=0,90) et IgG3 anti-MSP2 (p<0,001, OR=0,89) et la protection contre l'infection palustre. Dans la cohorte TOLIMMUNPAL, les hauts niveaux d'IgG2 anti-GLURP R2 (p=0.05, OR=2.10) ont plutôt été associés au risque d'infection palustre. L'analyse fonctionnelle des IgG en utilisant le test GIA a révélé que l'infection par P. falciparum au moment du prélèvement affectait la capacité des IgG à inhiber la croissance parasitaire in vitro. Les IgG purifiées à partir d'échantillons collectés chez des individus infectés par P. falciparum avaient une capacité moyenne d'inhibition de la croissance parasitaire inférieure (p=0.003, Wilcoxon matched pairs test) de 19 % à celles purifiées à partir de plasmas d'enfants non infectés. Une corrélation inverse a été observée entre l'âge et la capacité des anticorps à inhiber l'invasion des globules rouges par le parasite. Aucune association entre les niveaux d'anticorps et leur capacité à inhiber le développement du parasite in vitro n'a été mis en évidence. Dans le cadre du développement du test Antibody-Dependent Respiratory Burst (ADRB), les cellules promyélocytaires de la lignée PLB 985W ont été utilisées. Ces cellules ont la capacité de se différencier en neutrophiles sous l'action du DMSO. Nos résultats ont montré que cette lignée a une faible capacité à produire les espèces réactives d'oxygène (ROS) comparés aux neutrophiles humains et les niveaux de ROS produits par cette lignée cellulaire sont insuffisants pour être utilisés dans le test ADRB. Nos résultats confortent le rôle important des antigènes candidats vaccins MSP1 et MSP2 dans la protection contre le paludisme. Cette relation est essentiellement établie au regard des quantités d’anticorps spécifiques produits, l’étude de fonctionnalité des anticorps employant le test GIA n’ayant pas permis de mettre en évidence de relation claire à la protection. (...) / The aim of this thesis was to study the role of antibodies in susceptibility or resistance to malaria in young Beninese children naturally exposed to malaria infections during their first two years of life. Two complementary projects (PALNOUGENENV and TOLIMMUNPAL) were implemented in Benin to identify individual factors of malaria susceptibility. The PALNOUGENENV cohort included 600 mothers at delivery and their children from birth to 18 months of age in order to study the effects of placental malaria infection in mothers on first occurrence of malaria infections in newborns. In the TOLIMMUNPAL cohort 400 mothers were included at the first antenatal visit and followed until delivery while their infants were followed from birth to 24 months in order to study environmental determinants, biological and genetic involved in the development of immune tolerance associated with malaria and its impact on the protection of pregnant women and infants. Specifically, the association between malaria infection and the level of antibodies specifically directed against the most advanced vaccine candidate antigens of the erythrocyte stage on one hand and the ability of antibodies to inhibit in vitro the development of P. falciparum on the other hand were investigated. Our results show an association in the cohort PALNOUGENENV between high levels of IgG1 to MSP1 19 vaccine candidate antigens (p <0.001, OR = 0.90) and IgG3 to MSP2 3D7 (p <0.001, OR = 0.89) and protection against malaria infection. In the TOLIMMUNPAL cohort, high levels of IgG2 to GLURP R2 (p = 0.05, OR = 2.10) were instead associated with an increased risk of malaria infection. Functional analysis of IgG using the GIA test revealed that the infection with P. falciparum at the sampling time affected the ability of IgG to inhibit parasite growth in vitro. The purified IgG from individuals infected with P. falciparum when the sample was collected had an average 19% lower capacity of inhibition of parasite growth (p = 0.003, Wilcoxon matched pairs test) than those that were uninfected at the time of sampling. An inverse correlation was found between age and the ability of antibodies to inhibit in vitro invasion of red blood cells by the parasite. There was no association between antibody levels and ability to inhibit the in vitro parasite development. In the development of the Antibody-Dependent Respiratory Burst (ADRB) assay, the promyelocytic cell line PLB 985W was used. These cells have the capacity to differentiate into neutrophils after exposure to DMSO. Our results showed a low ability of this cell line to produce reactive oxygen species (ROS) compared to human neutrophils and ROS levels produced by this cell line are insufficient to be used in the test ADRB. Our results confirm the important role of MSP1 19 and MSP2 3D7 vaccine candidate antigens in malaria protection. Although the levels of antibodies to MSP1 19 and MSP2 3D7 were associated with decrease risk of P. falciparum infection, the functional study of antibody using the GIA assay did not allow demonstrating the relationship to protection. Investigation on the functional role of antibodies is complex as IgG could act through multiple direct or indirect mechanisms. We will continue to investigate the functional role of antibody, particularly in plasma samples from our two birth cohorts by using the ADRB assay. Results will aid in providing new information to the existing knowledge gap and will help in malaria vaccine development.

Quatre études épidémiologiques menées en Afrique ont montré que les enfants issus de mères ayant un placenta infecté par Plasmodium falciparum lors de l’accouchement font des infections palustres plus précocement que les autres enfants. Le fœtus serait sensibilisé in utero par les parasites infectants et développerait par la suite une tolérance aux infections palustres. Cette hypothèse nous conduit à supposer que i) la réponse anticorps spécifique de P. falciparum est différente chez les enfants en fonction du statut infectieux du placenta des mères à l’accouchement et ii) que cette sensibilité ne pourrait être induite que par les antigènes parasitaires porteurs des mêmes polymorphismes que ceux rencontrés in utero. Un troisième projet a consisté au développement d’une méthodologie permettant de distinguer les anticorps maternels de ceux néo-synthétisés par l’enfant dans le but de mesurer précisément l’acquisition de la réponse anticorps élaborée par l’enfant dès son plus jeune âge. Nous avons mis en place le suivi régulier et rapproché d’une cohorte de 620 nouveau-nés de la naissance à 18 mois au Bénin. Nous avons mesuré leurs réponses anticorps dirigées contre sept antigènes de P. falciparum candidats vaccins et constaté que le processus de maturation immunitaire commence à être mis en place à l’âge de 18 mois. L’infection palustre placentaire ne semble pas influer sur l’acquisition de la réponse anticorps spécifique jusqu’à 18 mois de vie. La méthodologie de distinction des anticorps maternels et néo-synthétisés a été validée. La caractérisation des polymorphismes des antigènes parasitaires présents à l’accouchement et pendant le suivi des enfants, mis en relation avec les données environnementales, a permis de valider en partie l’hypothèse de tolérance immunitaire. / Four epidemiological studies showed that infants born from mothers with Plasmodium falciparum placental malaria at delivery present a higher susceptibility to plasmodial infections than others. In connection with this observation, we hypothesized that i) the infants’ P. falciparum specific antibody responses are different according to presence or absence of placental malaria at delivery in their mothers and ii) susceptibility could only be induced by antigens that bring the same polymorphisms as those found in infected mothers. Another project consisted to develop a new methodology to distinguish maternal and neonatal antibodies in order to measure accurately neo-synthesized antibodies in the first months of life. A birth cohort of 620 newborns was established in an area endemic for malaria. Infants were followed-up until 18 months of age and their antibody responses specific for 7 P. falciparum antigens were quarterly measured. The emergence of the immune maturation process was observed in 18-months-infants. The acquisition of specific antibody responses was not impacted by placental malaria. The new methodological approach leading to distinguish maternal and neonatal antibodies was validated. The genetic characterization of the parasite antigen polymorphisms in mothers at delivery and their infants during the follow-up, in link to environmental data, led partially to the validation of the immune tolerance hypothesis.

Le paludisme à P. falciparum est l’une des causes majeures de mortalité et de morbidité dans le monde. Ce parasite est responsable de plusieurs manifestations cliniques allant du portage asymptomatique et infections non compliquées aigüe au paludisme grave et compliqué, tel que le neuropaludisme. Nous avons émis l’hypothèse que l’expression différentielle des gènes contribue à la variation phénotypique de parasites, entraînant des interactions spécifiques avec l’hôte, qui à son tour déterminent le type de manifestations cliniques du paludisme. L’objectif principal de cette étude était d’identifier les facteurs génétiques de P. falciparum impliqués dans la pathogenèse du neuropaludisme. Ceci a été réalisé par l’analyse complète du transcriptome d’isolats provenant d’enfants camerounais porteurs asymptomatiques (PA) ou atteints d’accès simple (AS) ou de neuropaludisme (NP). Le transcriptome du clone non sélectionnée (3D7) et la lignée sélectionnée (3D7-Lib) a été également analysé. Les résultats ont montré la surexpression de plusieurs gènes chez des isolats provenant d’enfants atteints de neuropaludisme et chez la lignée 3D7-Lib, par rapport à ceux provenant d’enfants asymptomatiques et 3D7, respectivement. L’analyse de l’ontologie de gène indique que les gènes potentiellement impliqués dans la pathogenèse, la cytoadhérence et l’agrégation des érythrocytes sont surreprésentés parmi les gènes surexprimés chez les isolats de CM et 3D7-Lib. Les résultats les plus marquants étaient la surexpression des gènes var (groups A et B) portant les domaines cassettes DC4, DC5, DC8 et DC13 et les gènes avoisinants rif chez les isolats de NP et la lignée 3D7-Lib, par rapport aux isolats de PA et au clone non sélectionné 3D7, respectivement. Le rôle joué par ces gènes dans la virulence parasitaire est lié à la cytoadhérence, c’est-à-dire la capacité de leurs protéines exprimées à interagir entre les érythrocytes parasités et les récepteurs endothéliaux post capillaires. Parmi ces récepteurs, le CD36 et inter cellular adhesion molecule 1 (ICAM-1) ont été les plus couramment utilisés par les isolats. L’étude sur l’implication de ces deux récepteurs, ainsi que celle des ligands PfEMP-1, dans la pathogenèse du neuropaludisme devrait être approfondie poursuivie. Nous avons analysé le phénotype de cytoadhérence et les profils de transcription des variantes de Pfemp-1 des isolats frais provenant des enfants béninois atteints de NP ou AS à l’aide du test d’adhérence statique aux récepteurs CD36, ICAM-1 et CSPG et au moyen de RT-PCR quantitative pour les groupes A, B, var2, var3, DC8 et DC13. Nos résultats montrent que le niveau de cytoadhérence des parasites associés au neuropaludisme au CD36 est significativement plus important que celui des parasites associés à l’accès simple. En outre, nous n’avons pas trouvé de différence significative entre la cytoadhérence des isolats de deux groupes cliniques à ICAM-1 et au CSPG. En outre, les niveaux d’expression des groupes var A, B, var2, var3 et du DC8 et DC13 sont plus élevés chez les isolats associés au neuropaludisme que chez les isolats associés à l’accès simple. Nos résultats montrent également que, chez les parasites provenant de NP le haut niveau de cytoadhérence des parasites au CD36 est corrélé au niveau de l’expression de groupe B de gènes var. En revanche, les profils d’expression des groupes spécifiques du gène var et le phénotype de cytoadhérence aux récepteurs ICAM-1 et CSPG n’étaient pas corrélés. Nos résultats suggèrent un rôle important du récepteur CD36 et des protéines codées par les variantes de PfEMP-1 codées par le groupe B dans la pathogenèse du neuropaludisme. / Plasmodium falciparum infection is a major cause of mortality and morbidity worldwide. This parasite is involved in several clinical manifestations, ranging from asymptomatic carriage and acute uncomplicated to severe and complicated malaria, including cerebral malaria. We hypothesized that differential gene expression contributes to phenotypic variation of parasites leading to specific interaction with the host which induces several clinical categories of malaria. The principal aim of this study was to identify parasite genetic factors implicated in the pathogenesis of cerebral malaria. We investigated the whole transcriptome of parasites isolated from Cameroonian children with asymptomatic (AM), uncomplicated (UM) and cerebral malaria (CM). We also investigated the transcriptome of 3D7 clone and the selected 3D7-Lib line. Our results revealed the up-regulation of several genes in CM isolates and 3D7-Lib line compared to AM isolates and 3D7 clone respectively. Gene ontology analysis indicates an over-representation of genes implicated in pathogenesis, cytoadherence, and erythrocyte aggregation among up-regulated genes in CM and 3D7-Lib. The most remarkable outcomes were the up-regulation of UPS A and B var genes containing architectural Domains Cassettes DC4, DC5, DC8, and DC13 and their neighboring rif genes in isolates from CM and 3D7-Lib line, compared with isolates from AM and the unselected 3D7 line, respectively. The involvement of these genes in parasite virulence rises from the ability of their encoded proteins to mediate cytoadherence of infected erythrocytes to post-capillary endothelial receptors. Of these receptors, CD36 and Inter Cellular Adhesion Molecule-1 (ICAM-1) were found as the most commonly used by the isolates. The implication of these two receptors, as well as that of PfEMP-1 ligands in the pathogenesis of CM needs to be more elucidated. We examined the adhesive phenotype and the transcription patterns of Pfemp-1 variants of fresh isolates from Beninese children with CM or UM malaria by static binding assay to CD36, ICAM-1 and CSPG and RT-qPCR for groups A, B, var2, var3, DC8, and DC13. Our findings showed that isolates from CM patients bind more to CD36 than those from UM cases. No differences were observed in binding levels to ICAM-1 or CSPG between these two groups. Furthermore, CM isolates transcribed groups A, B, var2, var3, DC8 and DC13 of var genes at higher levels than UM isolates. Interestingly, the high transcription levels of group B in CM parasites correlated with their higher level of binding to CD36. In contrary, the expression profiles of a specific var group and the binding phenotype of isolates to ICAM-1 and to CSPG were not correlated. Our findings support the implication of CD36 along with PfEMP-1 variants encoded by group B in cerebral malaria pathogenesis.

Le paludisme est une infection parasitaire de répartition mondiale notamment en zones intertropicales où l’infection par Plasmodium falciparum est responsable de centaines de milliers de morts par an principalement chez les enfants de moins de cinq ans. Le paludisme constitue également un problème en France par l’importation de cas de paludisme chez le voyageur de retour de zone d’endémie. L’infection à Plasmodium falciparum dans cette population, considérée comme à risque de développer les formes graves de la maladie, peut se présenter sous différentes formes cliniques plus ou moins associées au risque de mortalité. Même si certains facteurs de risque de gravité tels que l’âge et l’immunité ont été identifiés, cette interaction complexe hôte-parasite n’a été largement étudiée que chez l’enfant en zone d’endémie et peu de données sont disponibles pour le paludisme d’importation. L’objectif de ces travaux de thèse repose sur l’analyse des facteurs d’hôte et des facteurs parasitaires intervenant dans le paludisme d’importation. A travers le réseau de surveillance du centre national de référence du paludisme en France métropolitaine, l’ensemble des données démographiques, épidémiologiques, cliniques et biologiques des cas de paludisme d’importation, notifiés entre 2011 et 2015, ont été collectées ainsi que les échantillons ayant servis au diagnostic. Après expertise diagnostique, le plasma obtenu après centrifugation a été utilisé pour les dosages des antipaludéens, pour la quantification d’HRP2 ainsi que pour la sérologie anti-palustre. L’ARN extrait par le TRIZOL® à partir du culot globulaire a été utilisé pour l’étude de l’expression des gènes var et des domaines cassettes par qRT-PCR. Le culot de globules rouges parasités a été mis en culture pour la maturation des formes parasitaires en vue de l’étude du phénotype de cytoadhérence sur les récepteurs solubles CD36, ICAM-1, EPCR et du phénomène de rosetting . L’ensemble de ces études a été réalisé sur une population de patients dans le cadre du paludisme d’importation groupée en migrants de première génération, migrants de deuxième génération et voyageurs/expatriés et dont la présentation clinique du paludisme d’importation a été classée en paludisme « très grave », paludisme « grave » et paludisme « simple ». L’ensemble des données épidémiologiques, cliniques et biologiques recueillies au cours de l’étude a permis d’identifier l’âge élevé, l’origine ethnique, la profondeur de la thrombopénie et l’absence d’antécédents de paludisme comme des facteurs de risque associés à la survenue d’un accès palustre « très grave », entité clinique caractérisée pour une biomasse parasitaire séquestrée élevée. L’effet de la pré-exposition au parasite, reflété par le statut sérologique des patients, semble être à l’origine de la présentation clinique de la maladie en limitant notamment la biomasse parasitaire séquestrée au cours de l’accès palustre. L’étude de l’expression des gènes var et des domaines cassettes réalisée dans cette population, en fonction de la présentation clinique, de l’origine ethnique et du statut sérologique des patients, a révélé une surexpression du groupe de gènes var A et B et des motifs protéiques composant les domaines cassettes DC4, DC8 et DC13 dans le paludisme « grave » et « très grave » d’importation au sein de cette population hétérogène de patients. L’étude du phénotype de cytoadhérence et du rosetting, réalisée dans un autre groupe de patients rencontré dans le cadre du paludisme d’importation, a identifié le rosetting comme le phénotype d’adhérence à l’origine de l’accès palustre « très grave ». Le profil d’expression des gènes var et domaines cassettes correspondants à cette population a confirmé les observations antérieures et corrèle le phénotype de rosetting à l’expression des motifs protéiques DBLß3 et DBLa2 de DC4 et DC8 (...) / Malaria is a worldwide parasitic infection especially in tropical area where Plasmodium falciparum infection is responsible for hundreds of thousands annually mainly among children under five years old. Malaria is also a problem in France by the importation of malaria cases in travelers coming from endemic area. The Plasmodium falciparum infection in this population, considered at risk of developping severe malaria, can present different clinical forms more or less associated with mortality.While some risk factors for severity like age and immunity have been identified, this complex host-parasite interactions have been widely studied in children in endemic areas and few data are available for imported malaria. The aim of the thesis work is based on analysis of host factors and parasite factors in imported malaria.Through the monitoring network of the French National reference center of malaria, all the demographic, epidemiological, clinical and laboratory of imported malaria cases, notified between 2011 and 2015, were collected and also samples of the parasitological diagnosis. After diagnostic expertise, the plasma obtained after centrifugation was used for determinations of antimalarial drugs, for quantification of plasmatic HRP2 and for serological tests. RNA extracted by the Trizol® from red cells pellets was used to study the expression of var genes and domain cassettes by qRT-PCR. The pellet of parasitized red blood cells were cultured for maturation of parasitic forms for the study of phenotype cytoadherence on soluble receptor CD36, ICAM-1 and EPCR and for the study of the rosetting phenomenon. All of these studies was conducted in an imported malaria context,in a population of patients composed by first-generation migrants, second-generation migrants and travelers / expatriates and whose clinical presentation of imported malaria was classified into very severe (VSM), mild severe (MSM) and uncomplicated malaria (UM).All the epidemiological, clinical and biological data collected during the study identified the high age, ethnicity, depth of thrombocytopenia and no history of malaria as factors risk associated with the occurrence of very severe malaria, clinical entity characterized by high sequestered parasite biomass. The effect of pre-exposure to the parasite, reflected by the serological status of patients, seems to be the cause of the clinical presentation of the disease in particular by limiting parasite biomass sequestered during malaria. The study of the expression of var genes and domain cassettes performed in this population, according to clinical presentation, ethnicity and the serological status of patients, revealed an overexpression of the group of var genes A and B and protein patterns of the domain cassette DC4, DC8 and DC13 in mild severe and very severe malaria within this heterogeneous patient population. The study of cytoadherence phenotype and rosetting, made in another group of patients in imported malaria context, identified the rosetting as adhesion phenotype causing very severe malaria. The expression profile of var genes and domain cassettes corresponding to this population confirmed earlier observations and correlates rosetting phenotype to the expression of DBLß3 and DBLa2 of DC4 and DC8 (...)

La virulence de Plasmodium falciparum est fonction de sa capacité à séquestrer les érythrocytes infectés (iEs) dans les organes profonds de l’hôte. Elle est liée à la mise en place d’un trafic protéique conséquent au niveau membranaire et sub-membranaire de l’iE. Cet adressage protéique aboutit à l’expression d’antigènes variant de surface, dont P. falciparum Erythrocyte Membrane Protein-1, PfEMP-1. Cet adhésine présente une affinité pour divers récepteurs de l'hôte impliqués dans la physiopathologie des formes graves, telles que le paludisme associé à la grossesse (PAM) et le paludisme cérébral (CM). La diversité de liaison de PfEMP-1 est associée à la variabilité de séquence de son domaine extracellulaire. Ce domaine est constitué d’une succession de domaines DBL et CIDR en nombre variable. PfEMP-1 est codée par les gènes var classifiés en groupes Ups A, B, C, E et B/A, B/C. Des régions de PfEMP-1 constituées d’une succession établie de 2 à 4 domaines, nommées Domain Cassette, « DC » sont retrouvées dans différents isolats. L’obtention de données exhaustives par LC-MS/MS a permis d’établir un comparatif du protéome membranaire et hypothétique à partir des échantillons PAM et CM en comparaison à des accès simples de paludisme (UM). L’identification protéique des PfEMP-1 a montré la singularité de l’expression d’une PfEMP-1 particulière, VAR2CSA chez les PAM. Ces résultats corroborent les analyses des transcrits du gène var2csa comme surexprimé chez les PAM, transcrit qu’on retrouve également dans les infections de début et de fin de grossesse. Les PfEMP-1 identifiés au sein des CM étaient significativement associés aux groupes Ups A et B/A et la plupart des peptides identifiés étaient associés à la cassette DC8 dont le transcrit était également surexprimé. L’analyse de filter-based feature selection a permis d’identifier un sous ensemble de 13 et 14 protéines assignées comme protéines membranaires ou hypothétiques, prédictives des formes de paludisme PAM et CM, respectivement. Parmi ces protéines surexprimées chez les PAM, la présence de VAR2CSA valide l’approche d’analyse. PFI1785w a été identifiée et associée au PAM, quatre autres protéines apparaissent prédictives de cette forme clinique PFB0115w, PFF0325c, PFA_0410w et PF14_0018. Pour les CM, on distingue les protéines PfEMP-2 et antigen-332 comme spécifiques de cette forme clinique. Les autres protéines qui émergent de ce groupe sont des protéines de fonction inconnue, dont trois sont assignées comme des protéines exportées. L’obtention et l’analyse en LC-MS/MS d’extraits protéiques issus d’isolats de terrain font l’originalité de ce travail et permettent la corrélation entre les données cliniques et biologiques. Cette étude confirme les données de transcrits sur la famille des gènes var et suggère de nouvelles intéractions protéiques dans le cadre du paludisme associé à la grossesse et cérébral. / Plasmodium falciparum is responsible for severe malaria (cerebral malaria, CM and pregnancy associated malaria, PAM). During the intra-erythrocytic maturation of P. falciparum, parasite-derived proteins are expressed, exported and presented at the surface of the infected erythrocyte (iE) membrane. These include Plasmodium falciparum erythrocyte membrane protein-1 (PfEMP-1). PfEMP-1 is a highly polymorphic adherence receptor, variants of which have been assigned to four groups (A-E) based on their sequence homology. Semi-conserved types, defined by tandem runs of specific domains (“domain cassettes” (DC)), are also recognized. The PfEMP-1 type expressed determines the iE adherence phenotype, and is associated with the clinical outcome of infection. Parasite isolates from Beninese children or women presenting with, respectively, CM or PAM were collected along with samples from patients with uncomplicated malaria (UM). We assessed the transcript level of var genes by RT-qPCR and the expression of membrane and hypothetical proteins of Plasmodium by LC-MS/MS. Obtaining LC-MS/MS data enabled a comparison of hypothetical and membrane proteome samples from PAM and CM for comparison with UM samples. The proteomics-based identification of PfEMP-1 showed the expression of a particular PfEMP-1, VAR2CSA, in PAM isolates. These results corroborate the analysis of gene transcripts showing that var2csa is overexpressed in PAM, with transcripts found in isolates from infections both early and late in pregnancy. The PfEMP-1 variants identified in CM samples were predominantly from the Ups groups A and B/A, and most of the peptides identified by LC-MS/MS were associated with the DC8 cassette for which the transcripts were also overexpressed. Analysis using filter-based feature selection identified subsets of 13 and 14 proteins, assigned either as hypothetical or membrane proteins that were predictive of PAM and CM syndromes respectively. The presence of VAR2CSA amongst the proteins overexpressed in PAM samples validates the analytical approach. PFI1785w has previously been identified and associated with the PAM, whilst four other proteins, PFB0115w, PFF0325c, PFA_0410w and PF14_0018, appear to be also predictive of the syndrome. PfEMP-2 protein and antigen-332 were found to be specifically expressed in CM samples. Three other proteins, assigned as ‘exported’ but with unknown function, were also associated with CM samples. Obtaining and analyzing LC-MS/MS-derived data from protein extracts of field isolates represents the originality of this work and it allowed the identification of correlations between clinical and biological data. This study confirms the transcriptional data relating to the var gene family and provides evidence of new protein interactions in the context both of malaria associated with pregnancy and of cerebral malaria.