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Le Trypanosome africain, dont Trypanosoma brucei est le prototype, est un parasite sévissant en Afrique sub-tropicale. Il est responsable de la maladie du sommeil chez l’Homme et de diverses affections chez les animaux tant sauvages que domestiques. T. brucei est un parasite extracellulaire qui se développe dans le sang de son hôte mammifère. Il est donc confronté en permanence au système immunitaire de l’hôte et a en conséquence, afin de générer un environnement plus favorable à sa croissance, établit différents mécanismes d’échappement tels que la variation antigénique ou l’immunomodulation. Dans ce contexte, il a été montré que T.brucei libère des facteurs capables d’induire la voie arginase des macrophages. Cette induction peut favoriser la croissance des trypanosomes dans le sang de leur hôte de diverses manières. Premièrement, l’arginase participe à la synthèse de composés tels que les polyamines ou la trypanothione, facteurs de croissance des cellules. Deuxièmement, l’arginase partage le même substrat que la NO synthase inductible (iNOS), ces deux enzymes sont donc en compétition et l’activation de l’arginase pourrait contribuer à diminuer la quantité de NO, composé cytostatique et cytotoxique, produit par les macrophages en limitant le substrat disponible pour l’iNOS. Troisièmement, la déplétion du milieu en arginine suite à l’activation de l’arginase inhibe la prolifération de cellules du système immunitaire dont les lymphocytes T. Nous avons identifié une chaîne lourde de kinésine chez T.brucei, TbKHC1 (Trypanosoma brucei Kinesin Heavy Chain 1), appartenant à la superfamille des kinésines, comme un candidat potentiellement capable d’induire la voie arginase des macrophages. TbKHC1 est principalement exprimée au stade sanguicole du parasite et est localisée au niveau de la région endo-exocytaire. Dans un modèle d’infection murin, une invalidation de l’expression de TbKHC1 (par ARN interférence ou par knock-out) conduit à une diminution du premier pic de parasitémie et à une prolongation de la survie des souris infectées. Nous avons montré que TbKHC1 joue un rôle dans l’interaction hôte/parasite à deux niveaux indépendants : premièrement, l’induction de la voie arginase des macrophages par TbKHC1 en début d’infection favorise la croissance du parasite et son établissement au sein de son hôte. Deuxièmement, elle joue un rôle dans l’induction de la pathologie liée à l’infection.

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Les cils sont des organites essentiels chez la plupart des eucaryotes. Ils sont construits par un mécanisme appelé transport intraflagellaire (IFT). Dans cette thèse, nous avons étudié le rôle de l'IFT chez le protiste Trypanosoma brucei. Par une combinaison d'approches en vidéo-microscopie et en microscopie électronique, nous avons révélé que l'IFT est absent ou s'arrête après ciblage par ARNi de gènes requis pour le transport aller et retour. Dans ces conditions, nous avons démontré que l'IFT n'est pas nécessaire au maintien de la longueur du flagelle mature mais contrôle la distribution de plusieurs protéines non structurales. Les trains IFT transportent la tubuline, le constituant majeur de l'axonème. En collaboration avec l'équipe d'Esben Lorentzen, nous avons mis en évidence l'existence d'un module de liaison à la tubuline sur les protéines IFT74/IFT81. Par FIB-SEM, nous avons démontré que les trains IFT sont présents presque exclusivement sur seulement deux (4 et 7) des 9 doublets de microtubules du flagelle. L'utilisation de méthodes d'imagerie super résolutives par SIM, a permis de montrer sur cellules vivantes, l'existence de deux voies spécifiques pour le trafic IFT aller et retour. Cette restriction s'explique par la présence d'une polyglutamylation plus marquée de la tubuline au niveau de ces doublets. L'inhibition des enzymes responsables de la polyglutamylation freine l'accès des protéines IFT aux flagelles et interfère sévèrement avec la construction de l'organite. Ces travaux démontrent donc un rôle essentiel de la polyglutamylation, qui serait lu par les moteurs du transport intraflagellaire. / Cilia and flagella are essential organelles in most eukaryotes including humans. They are built by an active mechanism termed Intraflagellar Transport or IFT. During this thesis, we have investigated the role and functioning of IFT in the protist Trypanosoma brucei. Using a combination of video-microscopy and electron microscopy, we have revealed that IFT is absent or arrested upon RNAi knockdown of genes required for anterograde and retrograde transport, respectively. In these conditions, we have demonstrated that IFT is not required for maintenance of flagellum length but that IFT controls the distribution of several non-structural proteins, to the contrary of the established dogma. IFT trains transport tubulin, the main component of the axoneme. In collaboration with the team of Esben Lorentzen (MPI Munich), we have revealed the existence of a tubulin-binding domain on proteins IFT74/IFT81. Using FIB-SEM, we have demonstrated that IFT trains are present almost exclusively on only two (4 and 7) out of 9 microtubule doublets. The use of super-resolution imaging methods (work performed at the Janelia Research Institute, USA) allowed us to show for the first time in live cells the existence of two specific bidirectional paths for IFT trafficking. This restriction is explained by differential polyglutamylation on these two doublets. The inhibition of the enzymes responsible for polyglutamylation restricts the access of IFT proteins to flagella, resulting in severe impairment of flagellum elongation. This work demonstrates an essential role for polyglutamylation that could act as a “tubulin code” that would be decrypted by the motors of intraflagellar transport.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

The two human pathogenic sub-species T.b.gambiense and T.b.rhodesiense can be distinguished from the morphologically identical T.b.brucei by their ability to infect humans, enabling them to cause sleeping sickness. This is because they are resistant to lysis by the lytic factor (APOL-I) present in normal human serum (NHS). In T.b.rhodesiense resistance to this lytic factor is due to a truncated VSG gene termed SRA which blocks lysis by interacting with APOL-I in the lysosome. SRA does not exist in T.b.gambiense. The search for a similar truncated VSG gene lead to the identification of a T.b.gambiense specific glycoprotein termed TGSGP. TGSGP transfected alone into the sensitive T.b.brucei is unable to confer resistance to this sub-species. This is either due to incorrect processing of this gene is this sub-species or because TGSGP requires a partner to confer resistance. In the search for a partner, the genomic locus of TGSGP was cloned and sequenced. We found that TGSGP is linked to a truncated gene homologous to the S.cerevisiae AUT1 gene, a gene implicated in autophagy and more specifically in membrane expansion. Southern blot hybridization and PCR analysis on genomic DNA from several isolates demonstrated that this feature was a specific to T.b.gambiense. In addition, we observed a correlation between the aut1 allele size and the geographical origin of the isolate. Since in trypanosomes lysis by NHS is due to an uncontrolled expansion of the lysosome, we speculated that the truncation of the aut1 allele could be implication in the resistance to human serum. We characterized the genomic organisation of the AUT1 locus. T.b.brucei possesses two native AUT1 alleles whilst T.b.gambiense possesses a truncated aut1 allele, as well as a native AUT1 allele. We showed that in the T.b.gambiense LiTAR isolate (aut1/AUT1), despite the presence of a wild-type allele this gene is no longer expressed at the mRNA and protein level. Our complimentary results by run-on transcription assay showed that the AUT1 region is transcribed but that the messenger is unstable. LiTAR is a functional knock-out for AUT1, but Northern blot analysis on several T.b.gambiense isolates showed that this is not a generalised T.b.gambiense characteristic. We explored the role of AUT1 in trypanosomes by invalidation of the AUT1 gene in T.b.brucei and by the over-expression of the AUT1 and aut1 alleles in T.b.brucei. By functional analysis of AUT1 knocked-down cells we showed that AUT1 is not essential in trypanosomes. By recreating in T.b.brucei the T.b.gambiense AUT1/aut1 genotype we were able to show that the expression of the aut1 UTR down-regulated the expression of the wild-type AUT1 allele. We speculated that this may be due to a natural RNAi mechanism. Par northern blot, using probes covering the potential target region of AUT1, we detected a 50nt small RNA specific to T.b.gambiense. In addition, we showed that in a LiTAR strain in which the RNAi pathway was abolished AUT1 expression is restored. We continued to investigate TGSGP’s role in the resistance to human serum by invalidation of TGSGP in T.b.gambiense and by expressing TGSGP in the NHS-sensitive T.b.brucei. Because T.b.gambiense cannot be cultured in vitro we established a new in vivo transfection technique and as the knock-out of TGSGP is most probably lethal, we created an inducible RNAi T.b.gambiense cell strain. These indispensable tools will be used to test whether invalidation TGSGP is sufficient to confer resistance to NHS. Many strategies were tested in order to correctly expressing TGSGP in T.b.brucei; in none of these transfectants was TGSGP correctly located in the flagellar pocket as is the case in T.b.gambiense and only partial resistance was ever obtained. In order to identify the factors in human serum that could interacts with TGSGP, we subjected NHS to affinity chromatography using TGSGP as bait. We showed that TGSGP interacts with APOA-I, a major component of HDLs.