Les combinaisons thérapeutiques à base d’artémisinine (ou CTAs) sont une des clés de voûte des stratégies actuelles de lutte contre le paludisme : ces thérapies ont en effet joué un rôle important dans la réduction de l’impact du paludisme au cours de la dernière décennie. Cependant, ces progrès sont aujourd’hui compromis par l’émergence de parasites Plasmodium falciparum résistants aux dérivés de l’artémisinine (ART). Les premiers parasites résistants ont été détectés pour la première fois en 2008 dans l’ouest du Cambodge, puis dans plusieurs pays avoisinants d’Asie du Sud-Est. Le problème de la multirésistance aux antipaludiques s’est récemment aggravé au Cambodge : plusieurs études ont rapporté l’émergence de parasites résistants à la pipéraquine (PPQ), la dernière génération de molécule partenaire utilisée en combinaison avec la dihydroartémisinine, entraînant des taux alarmants d’échecs cliniques. Pour préserver l’efficacité de ces combinaisons, la surveillance et la compréhension de ces deux types de résistance sont cruciales afin d’éviter la dissémination de parasites multirésistants en dehors d’Asie du Sud-Est, et particulièrement en Afrique où les conséquences sanitaires seraient désastreuses. À cette fin, le développement de nouveaux outils est nécessaire pour étudier les mécanismes biologiques et moléculaires impliqués dans la résistance aux CTAs et pour surveiller la distribution géographique des parasites multirésistants. Dans la première partie de cette thèse, axée sur la résistance à l’artémisinine, nous présentons tout d’abord la découverte de mutations au sein du gène K13, marqueur moléculaire pour la résistance à l'ART. Puis nous confirmons leur rôle comme déterminant majeur de cette résistance. Enfin, nous analysons l’étendue de cette résistance au travers d'une cartographie mondiale des polymorphismes de K13. Dans la seconde partie de cette thèse, nous présentons nos travaux portant sur l’émergence de la résistance à la pipéraquine au Cambodge, en confirmant dans un premier temps que des parasites multirésistants à l’ART et à la PPQ circulent désormais dans le pays. Puis en détaillant la mise en point d’un nouveau test phénotypique pour la détection des parasites PPQ-résistants, le Piperaquine Survival Assay ou PSA. Pour finir, nous exposons la découverte de l’amplification du gène PfPM2 comme marqueur moléculaire pour la résistance à la PPQ. / Artemisinin-based combination therapies (ACTs) are one of the pillars of the current strategies implemented for fighting malaria. Over the last decade, ACTs have played a major role in decreasing malaria burden. However, this progress is being jeopardized by the emergence of artemisinin-resistant Plasmodium falciparum parasites. Artemisinin (ART) resistance was first detected in western Cambodia in 2008 and has since been observed in neighboring countries in Southeast Asia. The problem of antimalarial drug resistance has recently worsened in Cambodia, with reports of parasites resistant to piperaquine (PPQ), the latest generation of partner drug used in combination with dihydroartemisinin, leading to worrying rates of clinical treatment failure. The monitoring and the comprehension of both types of resistance are crucial to prevent the spread of multi-drug resistant parasites outside Southeast Asia, and particularly to Africa, where the public health consequences would be catastrophic. To this end, new tools are required for studies of the biological and molecular mechanisms underlying resistance to antimalarial drugs and for monitoring the geographic distribution of the resistant parasites.In the first section of this thesis, centered on artemisinin resistance, we first present the discovery of mutations within the K13 gene as a molecular marker for ART resistance. Then we confirm their role as a major determinant of such a resistance. Finally, we analyze the extent of ART resistance through a global mapping of K13 polymorphisms. In the second section, we present our work on the emergence of piperaquine resistance in Cambodia, by initially confirming that multiresistant parasites now circulate in the country. Then we detail the development of a new phenotypical test for the detection of PPQ-resistant parasites, the Piperaquine Survival Assay or PSA. Lastly, we report the discovery of the PfPM2 gene amplification as a candidate molecular marker for PPQ-resistance.

Le paludisme demeure un problème de santé publique mondial qui risque de s'aggraver avec la résistance de Plasmodium falciparum aux thérapies combinées à base d'artémisinine (ACT), médicaments antipaludiques les plus récents et les plus efficaces. Mon travail avait pour but de proposer différents axes d'élimination du paludisme en Indonésie. Une première partie a consisté à rechercher de nouveaux médicaments antipaludiques à partir de données ethnobotaniques indonésiennes. Parmi les 25 extraits bruts réalisés à partir de plantes médicinales indonésiennes utilisées traditionnellement dans le traitement du paludisme, sept ont montré une activité antipaludique intéressante (CI50 <5 µg/mL) et certains d'entre eux se sont révélés également actifs sur 2 autres pathogènes Babesia divergens et Leishmania infantum. La deuxième partie de ce travail était axée sur les composés organométalliques synthétiques. Les études de relations structure-activité de ces complexes organométalliques d'or (I) -NHC ont permis de sélectionner un composé actif sur P. falciparum avec une CI50 de 320nM. La troisième partie du travail a été consacrée à l'étude de la résistance de P. falciparum à l'artémisinine et à ses dérivés. La corrélation entre le polymorphisme de PfK13 et la résistance à l'artémisinine a été clairement établie grâce à des études de génétique inverse avec des souches de laboratoire résistantes et sensibles et des isolats cliniques Cambodgiens. Cette résistance a été mise en évidence in vitro par un test de survie parasitaire appelé RSA(0-3h). Par les mêmes méthodes génétique et phénotypique, la cartographie de la distribution du polymorphisme de PfK13 en Indonésie a été réalisée dans la zone de Kupang sur des patients infectés par P. falciparum. Cependant au moment de la collecte des échantillons de sang, la prévalence de P. falciparum a montré une diminution spectaculaire empêchant la poursuite de l'étude clinique. Face au faible nombre de patients admissibles avec un paludisme à P. falciparum, aucun résultat concluant n'a pu être obtenu. En conclusion, les plantes médicinales indonésiennes et les composés synthétiques sont potentiellement intéressants comme point de départ chimique pour de nouveaux médicaments antipaludiques. En ce qui concerne la résistance à l'artémisinine, aucun échec thérapeutique ou parasitologique après traitement par ACT n'a été signalé, pour le moment, en Indonésie. Cependant, les zones de résistance de P. falciparum aux ACT dans le Sud-Est asiatique sont relativement proches et nécessitent, en Indonésie, un suivi des variations de la chimiosensibilité du paludisme à P. falciparum et du polymorphisme de PfK13, responsable de la résistance à l'artémisinine. / Malaria remains a global public health problem and worsening with the resistance of Plasmodium falciparum to Artemisinin-based Combination Therapies (ACTs), the latest and most effective antimalarial drugs. My project aimed to provide insight into malaria elimination in Indonesia. The first part was to look for new antimalarial drugs based on Indonesian ethnobotanical data. Among 25 crude extracts realized on Indonesian traditional medicinal plants, seven showed a good antimalarial activity (IC50 < 5µg/mL) and some of them were also active against Babesia divergens and Leishmania infantum. The second part of the study focused on chemosynthetic organometallic compounds. The structure- activity relationships study on organometallic gold(I)-NHC complexes led to a very active compound on P. falciparum with an IC50 of 320nM. The third part of this work was dedicated to the study of P. falciparum resistance to artemisinin and its derivatives. The correlation between PfK13 polymorphism and artemisinin resistance has been clearly established thanks to reverse genetic with resistant and sensitive laboratory strains and clinical isolates from Cambodia. This resistance was evidenced in vitro throughout a parasite survival assay called RSA(0-3h). By the same genotypic and phenotypic methods, mapping of PfK13 polymorphism distribution in Indonesia was performed in Kupang on P. falciparum malaria patients. However, at the time of P. falciparum blood samples collection, prevalence showed a dramatic decrease hindering the continuation of the clinical study. Facing to the very small number of eligible patients with a P. falciparum malaria, no conclusive results has been obtained. In conclusion, medicinal plants and synthetic compounds are potentially interesting as chemical starting point for new antimalarial drugs. Concerning artemisinin resistance, any treatment failure or delayed cure with ACTs has yet to be reported in Indonesia. However, because Indonesia is relatively close to the Southeast Asian areas of resistance, the possible occurrence of such cases in Indonesia must be anticipated by determining the variations of P. falciparum malaria chemo-sensitivity and by following PfK13 polymorphism, responsible for artemisinin resistance.

O metabolismo de nutrientes abriga um alto potencial para o desenvolvimento de novos alvos quimioterápicos para o tratamento do parasita da malária Plasmodium falciparum. A partir de ensaios de crescimento do parasita dentro de eritrócitos geneticamente diferentes, concentrando-se na via catabólica da hemoglobina plasmodial usando parasitas transgênicos, a natureza protetora das variantes da hemoglobina foi investigada. Sendo que Falcipain 2 (FP2) prolifera três vezes mais elevada no sangue de células falciformes do que o Mock, a célula de controle. Adicionalmente, estudos de inibidores indicam que FP2 é uma proteína essencial para o parasita. Em cooperação com o DESY em Hamburgo, Alemanha a estrutura cristalina da amino peptidase P foi resolvida difratando até 1,7 Å. / The metabolism of nutrients harbors a high potential for the development of new chemotherapeutic targets for the treatment of the malaria parasite Plasmodium falciparum. From parasite growth assays within genetically different erythrocytes, concentrating on the catabolic pathway of plasmodial hemoglobin using transgenic parasites, the protective nature of hemoglobin variants was investigated. Since Falcipain 2 (FP2) proliferates three times higher in sickle cell blood than the Mock, the control cell. In addition, inhibitor studies indicate that FP2 is an essential protein for the parasite. In cooperation with DESY in Hamburg, Germany the crystalline structure of the amino peptidase P was resolved diffracting up to 1.7 Å.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karolinska institutet, 2009. / Härtill 6 uppsatser.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2001. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 92-99).

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2005. / Härtill 5 uppsatser.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2004. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 135-171).

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 1996. / Vita. Includes bibliographical references (leaves [135]-144).

P. falciparum est le principal responsable des formes graves du paludisme. Le parasiteévolue entre deux hôtes (homme et moustique) qui lui imposent différents environnements; ettout particulièrement, des modifications des pressions partielles d’O2 nécessitant des capacitésd’adaptation surprenantes pour un parasite microaérophile. Chez l’hôte vertébré, lesphénomènes de cytoadhésion, ralentissant la progression du parasite notamment au niveau despoumons, augmentent la durée d’exposition aux conditions hyperoxiques.La dynamique de la réponse parasitaire à l’hyperoxie a été étudiée par une approchecombinée de transcriptomique et de protéomique. Certains mécanismes de défense contre lesespèces réactives d’oxygène ont été appréciés, dont une éventuelle fonction oxydasealternative.L’exposition du parasite à 21% d’O2 induit un retard de croissance au niveau de laschizogonie. Le stress oxydatif induit par l’hyperoxie entraîne des perturbations métaboliquescomme une inhibition de la glycolyse en faveur de la respiration et un ralentissement dumétabolisme de la vacuole digestive. Cette action combinée sur le métabolisme mitochondrialet vacuolaire permet au parasite de s’adapter à un environnement hyperoxydant, en régulant laproduction d’espèces réactives d’oxygène. Nos travaux ont montré qu’un inhibiteur de lafonction oxydase alternative, l’acide salicylhydroxamique ou SHAM, avec un effet mineur surla croissance parasitaire en microaérophilie, avait un effet létal sur les parasites en hyperoxie.Une meilleure compréhension de la biologie parasitaire pourrait contribuer audéveloppement de nouveaux traitements antipaludiques associés à une thérapie hyperbarique. / P. falciparum is the main species responsible for severe case of malaria. The parasiteevolves between two hosts (human and mosquito), imposing to it different environments;especially changes in the O2 pressure, demanding astonishing adaptation skills for amicroaerophilic parasite. In the vertebrate host, the phenomena of cytoadhesion, which slowdown the spread of the parasite among others in the lungs, increase the timing of exposure tohyperoxic conditions.The parasitic response dynamic to hyperoxia has been analysed by a combinedtranscriptomic and proteomic approach. Some of the defense mechanisms against reactiveoxygen species have been evaluated, among which a potential alternative oxidase function.The exposure of the parasite to 21%O2 atmosphere leads to a growth delay atschizogony level. The oxidative stress resulting from the hyperoxia conducts to metabolicalterations, as an inhibition of the glycolysis in favour of respiration and as a slowdown of themetabolism of the digestive vacuole. This combined action on the mitochondrial and vacuolarmetabolisms allows the parasite to adapt itself to hyperoxic environment, by regulatingreactive oxygen species. Our works have shown that an inhibitor of the alternative oxidasefunction, the salicylhydroxamic acid or SHAM, with a minor effect on the parasite growth inmicroaerophily, had letal effect on parasites in hyperoxia.A better understanding of the parasitic biology could contribute to the development ofnew antimalarial treatments, associated with a hyperbaric oxygen therapy.

Le paludisme, responsable du décès d’un million de personnes chaque année, reste un problème majeur de santé publique. Des études récentes ont évoqué des mécanismes immunopathologiques communs entre les manifestations allergiques et le paludisme, soutenus par l’existence d’un homologue parasitaire du facteur de relargage d’histamine humain (PfTCTP). Notre objectif était de déterminer l’implication des acteurs de la réponse allergique dans la gravité de l’accès palustre, et la capacité de la PfTCTP à moduler ces réponses.Trois groupes de sujets ont été recrutés dans des structures de santé à Dakar. Les patients infectés présentaient des taux élevés d’IgE totales et spécifiques, par rapport aux sujets sains, mais sans corrélation avec la gravité. A l’aide d’un test d’activation des basophiles basé sur l’expression du CD203c, nous avons montré que les basophiles de patients en accès simple présentaient un niveau d’activation basal significativement réduit. Ces mêmes patients présentaient des concentrations plasmatiques élevées en IL-10, suggérant un meilleur contrôle de leur réponse inflammatoire. Les basophiles de patients en accès grave présentaient une hyperréactivité à l’hémozoïne, ainsi qu’à des stimulations IgE-dépendantes (anti-IgE). Enfin, la présence de PfTCTP circulante a été associée à une plus grande réactivité des basophiles, tandis que l’acquisition d’anticorps contre cette protéine est associée à une protection envers une trop grande réactivité cellulaire.En conclusion, nos travaux soutiennent l’hypothèse d’une activation allergique excessive au cours du paludisme grave. Ce travail ouvre la voie à de nouvelles approches thérapeutiques. / Malaria is responsible of the death of a million person each year and remains a major public health problem. Recent studies have suggested the existence of common immunopathologic mechanisms between allergic manifestations and malaria, supported by the existence of a parasite homolog of the human histamine releasing factor (PfTCTP). Our objective was to determine i) the implication of allergic response actors in the severity of malaria, and ii) the ability of PfTCTP to modulate these responses.Three groups of subjects were recruited in health structures in Dakar. Infected patients presented high levels of total and specific IgE, compared to healthy controls, although not correlated with severity. With a basophil activation test based on CD203c expression, we demonstrated that basophils from mild malaria patients presented a significantly reduced basal level of activation which paralleled higher levels of IL-10, thus suggesting a better control of their inflammatory responses. Basophils from severe malaria patients showed an hyperreactivity to haemozoin and to IgE-dependent stimulations (anti-IgE). Finally, presence of circulating PfTCTP was associated with a higher basophil reactivity, whereas acquisition of anti-PfTCTP antibodies was associated with protection towards excessive cellular reactivity.In conclusion, our results support the hypothesis of an excessive allergic activation during severe malaria. This work might open the way to new therapeutic approaches.