Les galactoglycérolipides (i.e. monogalactosyldiacylglycérol, MGDG et digalactosyldiacylglycérol, DGDG) sont les lipides majeurs des membranes des chloroplastes, représentant jusqu'à 80% de la composition membranaire plastidiale. La synthèse de ces galactolipides est catalysée par deux types de galactosyltransférases, les MGDG synthases (ou MGD) et les DGDG synthases (ou DGD). Lors de cette synthèse, un groupement ß-galactosyl provenant d'un UDP- aGal, est transféré sur la position sn-3 d'un diacylglycérol (DAG). Les DGD utilisent le MGDG produit par les MGD comme substrat pour la synthèse du DGDG. La synthèse du MGDG est donc essentielle pour la biogenèse du chloroplaste et par conséquent pour la survie de la cellule végétale. Les Apicomplexes sont des parasites intracellulaires obligatoires d'importance médicale et vétérinaire. Ils possèdent un plaste vestigial non-photosynthétique, nommé apicoplaste, acquis par endosymbiose secondaire d'une algue rouge. L'apicoplaste est impliqué dans de nombreuses voies métaboliques de type végétal. De plus, il est essentiel à la survie du parasite. La synthèse de galactolipides aux propriétés chromatographiques indiscernables de celles du MGDG et du DGDG a été mesurée chez Toxoplasma gondii, le parasite Apicomplexe responsable de la toxoplasmose. Nous avons entrepris une étude comparative du métabolisme et de la dynamique des galactolipides chez les plantes et des lipides structurellement apparenté chez les parasites Apicomplexes, par des analyses de biochimie, biologie structurale, moléculaire et cellulaire chez A. thaliana et T. gondii. Nous avons tout d'abord établi un modèle structural de la MGDG synthase chloroplastique basée sur son homologie avec la glycosyltransférase bactérienne MURG. Ce modèle structural a été validé par mutations ponctuelles rationalisées. Ce modèle indique les résidus impliqués dans la liaison de l'UDP-Gal et permet d'avancer dans notre compréhension du mécanisme catalytique. Il permet de proposer certaines régions comme participant à la fixation du DAG et à l'association à la membrane du chloroplaste. La structure présentée dans ce manuscrit constitue un outil pour l'étude d'inhibiteurs de la MGDG synthase et la compréhension de l'évolution complexe des enzymes de galactosylation. Nous avons montré que des inhibiteurs des MGDG synthases de plantes, identifiés par criblage pharmacologique d'une chimiothèque de 23360 composés, avaient des propriétés herbicides, algicides et anti-parasitaire sur A. thaliana, C. reinhartdii et T. gondii respectivement. Nous avons par la suite engagé un programme d'optimisation par synthèse chimique et mesuré les effets de plus de 200 dérivés des molécules initiales. Cette stratégie nous a permis d'optimiser certaines de ces molécules dans l'objectif de développer des candidats herbicides/médicaments. Grâce à l'utilisation de serums de lapin et de rat obtenus après immunisation avec du DGDG, nous avons détecté chez T. gondii un lipide, désigné DGLE (digalactolipid-like epitope), structuralement apparenté au digalactolipide. Ce lipide est localisé au niveau des membranes de la pellicule du parasite. De plus, la localisation du DGLE dépend du stade de vie du parasite, redistribué lors de l'invasion dans une cellule hôte. Le DGLE semble lié aux protéines associées au cytosquelette d'actine et/ou à des domaines membranaires. La détermination du lipidome de la pellicule par spectrométrie de masse montre que des dihexosyl-lipides mineurs dérivés de diacylglycérol, alkyl-acyl ou de céramide ont une masse compatible avec le DGLE. La question de la structure du DGLE, pour sa partie hydrophobe, reste donc irrésolue. Ce lipide a été détecté chez d'autres Apicomplexes tels que Plasmodium falciparum (agent de la malaria) et Cryptosporidium parvum (agent de la cryptosporidiose). Le fait d'avoir pu induire une réponse immunitaire par injection du DGDG chez le lapin et le rat conduisant à la détection d'un épitope à la surface de T. gondii, nous a amené à étudier l'antigène digalactolipidique et ses applications éventuelles dans des visées diagnostiques et / ou thérapeutiques. Nous avons montré que le serum provoquait l'agglutination du parasite et empêchait son invasion dans la cellule hôte in vitro. Le marquage de la surface du parasite par le serum (i.e. l'opsonisation) active la réponse immunitaire inné in vitro. La phagocytose par les macrophages et l'activation du complément est accrue par rapport au contrôle. Ces résultats préliminaires suggèrent que des outils diagnostics et/ou des stratégies vaccinales nouveaux, basés sur la reconnaissance de l'antigène digalactolipidique de surface des parasites Apicomplexes, pourraient être envisagés. Les perspectives de ces travaux incluent une poursuite du développement des inhibiteurs des MGDG synthases pour d'une part des recherches fondamentales par des approches de génétique chimique (invalidation chimique, utilisation de dérivés couplés à la biotine), et d'autre part des applications éventuelles en tant que candidat herbicides et / ou antiparasitaires. L'étude du rôle et de la synthèse des galactolipides chez T. gondii nécessitera la résolution de la structure du DGLE et la recherche des enzymes impliquées dans sa synthèse. Les effets remarquables du serum anti- DGDG mesuré in vitro devront être approfondis sur modèle animal.

Eimeria tenella est l’un des parasites apicomplexes à l’origine de la coccidiose aviaire, l’une des plus importantes maladies parasitaires de l’industrie avicole. Dans le but de caractériser les facteurs de pathogénicité d’E. tenella, nous nous sommes intéressés aux protéases et plus particulièrement aux aminopeptidases N. Nous avons caractérisé Et-ApN1 et identifié Et-ApN3, deux aminopeptidases d’E. tenella. Et-ApN1 présente de fortes homologies avec PfA-M1, l’homologue de Plasmodium falciparum, au niveau des séquences, des structures, des propriétés biochimiques, du clivage et de la localisation. L’ensemble des résultats suggèrent qu’Et-ApN1 est impliquée dans le développement parasitaire. Pour évaluer son rôle de cible thérapeutique potentielle, nous avons criblé une bibliothèque de molécules et identifié une nouvelle molécule le C36, qui inhibe directement l’activité d’Et-ApN1 et entraîne un arrêt du développement d’E. tenella in vitro. Cet effet inhibiteur est également observé chez Toxoplasma gondii et P. falciparum. Dans le but d’améliorer la solubilité du C36 pour de futures études in vivo, le C36 a été pharmaco-modulé. Les perspectives de ces travaux viseront à prouver l’implication directe des Et-ApN dans le développement d’E. tenella. / Eimeria tenella is an apicomplexan parasite causing avian coccidiosis, one of the most important parasitic diseases in world poultry industry. To identify E. tenella pathogenesis factors, we were interested in proteases and more specifically in aminopeptidases N. We characterized Et-ApN1 and identified Et-ApN3, two aminopeptidases of E. tenella. We revealed strong homologies in the sequences, structures, biochemical properties, cleavage patterns and localization between Et-ApN1 and PfA-M1, the homologue from Plasmodium falciparum. Taken together, our results suggest that, as PfA-M1, Et-ApN1 is involved in parasite development and could be considered as a therapeutic target. To confirm this hypothesis, we screened a small molecule library and identified the compound C36. This molecule not only inhibits Et-ApN1 but also the in vitro development of E. tenella. This inhibition of parasite development was also observed for Toxoplasma gondii and P. falciparum. In perspectives, a pharmaco-modulation approach will be performed to improve chemical properties of the compound C36. New molecules derived from C36 will then be tested in vivo. Future studies will aim to prove the direct implication of Et-ApN in E. tenella development.

L'autophagie est un processus d'auto-dégradation conservé chez la plupart des eucaryotes. Généralement induit par un stress nutritif, il requiert la formation d'un compartiment à double membrane appelé l’autophagosome qui séquestre et transporte des composants intracellulaires dégradés et recyclés dans le lysosome. La protéine ATG8, qui occupe une position centrale dans ce processus, est recrutée aux membranes de l’autophagosome par un système de conjugaison très régulé. Toxoplasma gondii est un protozoaire parasite appartenant au phylum des Apicomplexes, qui contient une machinerie d'autophagie réduite. Suite à un stress nutritif, ce parasite intracellulaire obligatoire est néanmoins capable de générer des autophagosomes décorés par TgATG8. De façon surprenante, en condition normale de croissance intracellulaire, cette protéine se localise principalement à l’apicoplaste, un plaste non photosynthétique acquis par endosymbiose secondaire qui contient des voies métaboliques essentielles à la survie du parasite. Le but de ma thèse a été d’élucider les fonctions canoniques et non canoniques d‘ATG8 chez Toxoplasma. La première partie de cette étude porte sur la caractérisation fonctionnelle et spatio-temporelle de l'association de TgATG8 avec l’apicoplaste. Nous avons montré que TgATG8 est recrutée aux extrémités de l’apicoplaste en élongation, ce qui permet le maintien de l’organelle à travers les générations en le connectant aux centrosomes pour une répartition dans les deux cellules filles. La deuxième partie de ce travail vise à isoler et identifier par spectrométrie de masse des partenaires putatifs de TgATG8 qui seraient impliqués dans l’autophagie ou dans le rôle non-canonique à l’apicoplaste. Nous avons analysé la localisation subcellulaire de neuf candidats et des caractérisations fonctionnelles ont été entreprises pour trois protéines. Bien que nous n’ayons pas pu confirmer leurs interactions avec TgATG8, cela a permis l'identification de nouvelles protéines parasitaires: une phospholipase à l’apicoplaste essentielle à la survie du parasite, un régulateur potentiel du cycle cellulaire et un composant du cytosquelette du parasite. / Autophagy is a self-degradative process evolutionary conserved among eukaryotes. Typically induced by starvation, it involves the formation of a double membrane compartment called the autophagosome to sequester and deliver intracellular components for lysosomal degradation and recycling. The protein ATG8 occupies a central position in this process and is recruited to autophagosomal membranes by a highly regulated conjugation system. Toxoplasma gondii is a parasitic protist belonging to the Apicomplexa phylum, which possesses a reduced autophagy machinery. This obligate intracellular parasite is nevertheless able to generate TgATG8-decorated autophagosomes upon nutrient stress. Surprisingly, during normal intracellular parasite growth, TgATG8 mainly localizes to the apicoplast, a non-photosynthetic plastid acquired by secondary endosymbiosis which hosts essential metabolic pathways. My thesis aimed to elucidate the canonical and non-canonical roles of ATG8 in Toxoplasma. The first part of this study is the functional and spatio-temporal characterization of TgATG8 association with the apicoplast. We showed TgATG8 is recruited to both ends of the elongating plastid during parasite division, and allows the maintenance of the organelle across generations by permitting its centrosome-driven distribution into the two daughter cells. The second part of this work is the isolation and mass spectrometry-based identification of putative TgATG8-interacting proteins that would be involved in autophagy-related or non-canonical functions. We analyzed the subcellular localization of nine candidates and functional studies were conducted for three proteins. Although we were unable to confirm their interactions with TgATG8, this approach allowed the identification of novel and important parasite proteins: an essential apicoplast phospholipase, a potential regulator of the cell cycle, and a component of the parasite cytoskeleton.

Eimeria tenella est un parasite apicomplexe responsable de la coccidiose aviaire. Il s’agit de l’une des plus importantes maladies parasitaires en élevage avicole. Le génome d’E. tenella code pour 28 protéines appartenant à la famille des ROP kinases. Chez T. gondii, les ROP sont des facteurs de virulence majeurs. Elles sont secrétées dans la cellule hôte et interviennent dans le développement du parasite en détournant les fonctions cellulaires au profit du parasite et en modulant la réponse immune de l’hôte. Parmi les ROP kinases, EtROP17 est l’une des kinases identifiées en protéomique chez le sporozoïte. L'objectif de ma thèse était d'étudier les fonctions de la EtROP17 dans la pathogénicité d’E. tenella. EtROP17 est une kinase active, capable d’autophosphorylation. Son extension N-ter (NTE) est nécessaire à son activité catalytique. En outre, EtROP17 induit un arrêt du cycle cellulaire en phase G1 et bloque l'apoptose en ciblant directement la p53 de la cellule hôte. EtROP17 immunoprécipite de nombreuses protéines des filaments intermédiaires notamment la vimentine et les cytokératines, suggérant ainsi que la kinase agit sur le cytosquelette de la cellule. L’ensemble de ces résultats confirment que EtROP17 est un effecteur de la modulation de la réponse de la cellule hôte au cours de l'infection par E. tenella. / Eimeria tenella is an apicomplexan parasite. It is responsible for cecal coccidiosis which causes severe economic losses in the poultry industry. The kinome of E. tenella comprises 28 putative members of ROP kinase family which is specific to the coccidian clade. In T. gondii, ROP kinases are key virulence factors. They hijack and modulate many cellular functions and pathways, allowing the parasite’s survival and development. EtROP17 is one of the two ROP kinases, EtROP17 and EtROP25, identified in sporozoïte proteomic. The aim of my thesis was to study the functions of EtROP17 in the interaction between the parasite and the host cell. EtROP17 is an active kinase and uses a non-canonical mechanism to phosphorylate its substrate. The N-terminal extension (NTE) is essential for catalytic activity. Moreover, EtROP17 induces cell cycle arrest in G1 phase and blocks apoptosis and cell mortality by directly targeting the host cell’s p53. EtROP17 immunoprecipitates many proteins of the intermediate filaments including vimentine and cytokeratins suggesting that the kinase acts on the cell cytoskeleton. Taken together, these results support that EtROP17 is a bona fide effector for the modulation of the host cell’s response during E. tenella infection.

Ma thèse s'inscrit dans l'étude des modifications du globule rouge humain induites par P. falciparum. Ces modifications qui représentent une remarquable adaptation du parasite à un environnement plus complexe qu'il n'y paraît au premier abord et expliquent sa persistance chez l'Homme sont détaillées dans une revue et un chapitre de livre dont je suis co-auteur. Mes travaux de recherche ont porté sur la caractérisation fonctionnelle des structures de Maurer, un compartiment membranaire exporté par le parasite dans le globule rouge parasitaire et directement lié à la physiopathologie du paludisme grave. J'ai contribué à la caractérisation fonctionnelle de nouvelles protéines de ces structures, codées par trois familles multigéniques sub-télomériques en cluster avec la famille Pfmc-2tm, et présentant de façon étonnante un fort degré de conservation (article 1). La diminution d'expression de ces gènes, obtenue par titration d'un facteur transcriptionnel, entraine un défaut de libération des mérozoïtes. Mon deuxième projet porte sur l'identification des modalités d'export de la protéine transmembranaire résidente des structures de Maurer PfSBP1. Mes travaux montrent que PfSBP1 est exportée sous forme soluble dans le cytoplasme érythrocytaire, en interaction avec le complexe chaperon parasitaire PfTCP1 (article 2). / Plasmodium falciparum causes the most severe forms of human malaria, a pathology associated with the erythrocytic asexual stages of the parasite. My work focused on the remodeling of the infected erythrocytes induced by P. falciparum and detailed in a review and a book chapter that I co-authored. These modifications illustrate a remarkable adaptation of P. falciparum resulting in its persistence in humans. My PhD thesis was dedicated to the functional characterization of Maurer's clefts, a membrane compartment transposed by the parasite in the cytoplasm of its host cell, and central to the export of virulence factors to the host cell surface. I have conducted two projects and contributed first to the functional characterization of novel exported protein encoded by three highly conserved multigene sub-telomeric families in cluster with the Pfmc-2tm family. Down regulation of these gene families by promoter titration impacted the release of infectious merozoites from the host cell (annex 1). My second project was dedicated to the identification of the modality of export of the resident and Maurer's clefts transmembrane protein PfSBP1. I have shown that PfSBP1 is exported as a soluble protein in the host cell cytoplasm in interaction with the parasite Thermosome complex protein 1 (PfTCP1) chaperone complex (annex 2).