En 2020, la malaria a provoqué 241 millions de cas d'infections et 627 000 morts. La faible efficacité du vaccin disponible et la résistance aux traitements rendent indispensable l'identification de cibles thérapeutiques. Plasmodium falciparum (Pf) envahit les érythrocytes pour s'y répliquer. Pour cela, de protéines contenues dans des organites d'invasion, tels que les micronèmes et les rhoptries rassemblés à un complexe apical, sont sécrétées. Le trafic des protéines entre l'appareil de Golgi et les organites d'invasion est médié par la PfSortiline. Dans les organismes modèles, la sortiline est recyclée entre les organites cibles et l'appareil de Golgi via le complexe protéique rétromère composé des protéines de tri vacuolaire (Vps) Vps26-29-35. Ce complexe est recruté via les complexes VpsC, composé de Vps11-16-18-33, CORVET composé de Vps3-8 et HOPS, composé de Vps39-41. Chez Pf, l'ensemble des composants des complexes VpsC et rétromère sont conservés. Seulement PfVps3 du complexe CORVET est retrouvée et le complexe HOPS est absent. L'hypothèse du projet est que ces protéines conservées sont impliquées dans la biogenèse des organites du complexe apical via le recyclage de la PfSortiline vers l'appareil de Golgi. Pour vérifier cela, des souches de parasites exprimant les protéines de fusion PfVps3-11-16-18-29 étiquetées à un domaine GFP ont été construites. Des techniques de Western Blot et de microscopie à fluorescence ont montré que ces protéines de fusion sont exprimées lors du cycle érythrocytaire. Il semble que PfVps29-GFP localise à des structures semblables aux endosomes et partiellement aux micronèmes. Les protéines PfVps16-18-GFP semblent localiser aux micronèmes et partiellement aux rhoptries et à l'appareil de Golgi. Finalement, des souches dans lesquelles les protéines PfVps3-16-29-GFP peuvent être délocalisées de façon conditionnelle ont été construites. Il a été montré que PfVps16-GFP semble essentielle à la survie de Pf. Ce projet participe à la caractérisation de nouvelles pistes thérapeutiques antipaludiques. / Malaria was responsible for 627,000 deaths and 241 million infections in 2020 alone. Drug resistance, and the poor efficacy of the only available vaccine, are strong arguments supporting the need to identify therapeutic targets. The malaria parasite Plasmodium falciparum (Pf) invades erythrocytes and multiplies inside them. To do so, it secretes invasion proteins located inside organelles, like micronemes and rhoptries, which are localised at an apical complex. Protein trafficking from the Golgi apparatus to these organelles is dependent on PfSortilin. In model organisms, this protein is recycled between the target organelles and the Golgi Apparatus by a protein complex called retromer. This complex is composed of Vacuolar Sorting Proteins (Vps)-26-29-35. The retromer complex is recruited by complexes, composed of Vps11-16-18-33, CORVET, composed of Vps3-8, and HOPS, composed of Vps39-41. In Pf, all components of the retromer and the VpsC complexes are conserved. However, only PfVps3 of the CORVET complex is conserved and the HOPS complex is absent. We hypothesized that conserved proteins play a key role in apical complex biogenesis by recycling PfSortilin to the Golgi apparatus. To verify the hypothesis, parasite strains coding the fusion proteins PfVps3-11-16-18-29 tagged with a GFP were generated. Western Blot and fluorescence microscopy showed that those proteins are expressed during the erythrocyte life cycle. PfVps29-GFP seemed to localize at endosome-like structures and partially at micronemes. PfVps16-18 seemed to localise at micronemes too and partially at rhoptries and at the Golgi apparatus. Finally, strains where PfVps3-16-29 could be functionally mislocalized have been generated. This technique showed that PfVps16-GFP were essential for Pf survival. Our work could lead to the characterization of new antimalarial drug targets.

En 2020, la malaria a provoqué 241 millions de cas d'infections et 627 000 morts. La faible efficacité du vaccin disponible et la résistance aux traitements rendent indispensable l'identification de cibles thérapeutiques. Plasmodium falciparum (Pf) envahit les érythrocytes pour s'y répliquer. Pour cela, de protéines contenues dans des organites d'invasion, tels que les micronèmes et les rhoptries rassemblés à un complexe apical, sont sécrétées. Le trafic des protéines entre l'appareil de Golgi et les organites d'invasion est médié par la PfSortiline. Dans les organismes modèles, la sortiline est recyclée entre les organites cibles et l'appareil de Golgi via le complexe protéique rétromère composé des protéines de tri vacuolaire (Vps) Vps26-29-35. Ce complexe est recruté via les complexes VpsC, composé de Vps11-16-18-33, CORVET composé de Vps3-8 et HOPS, composé de Vps39-41. Chez Pf, l'ensemble des composants des complexes VpsC et rétromère sont conservés. Seulement PfVps3 du complexe CORVET est retrouvée et le complexe HOPS est absent. L'hypothèse du projet est que ces protéines conservées sont impliquées dans la biogenèse des organites du complexe apical via le recyclage de la PfSortiline vers l'appareil de Golgi. Pour vérifier cela, des souches de parasites exprimant les protéines de fusion PfVps3-11-16-18-29 étiquetées à un domaine GFP ont été construites. Des techniques de Western Blot et de microscopie à fluorescence ont montré que ces protéines de fusion sont exprimées lors du cycle érythrocytaire. Il semble que PfVps29-GFP localise à des structures semblables aux endosomes et partiellement aux micronèmes. Les protéines PfVps16-18-GFP semblent localiser aux micronèmes et partiellement aux rhoptries et à l'appareil de Golgi. Finalement, des souches dans lesquelles les protéines PfVps3-16-29-GFP peuvent être délocalisées de façon conditionnelle ont été construites. Il a été montré que PfVps16-GFP semble essentielle à la survie de Pf. Ce projet participe à la caractérisation de nouvelles pistes thérapeutiques antipaludiques. / Malaria was responsible for 627,000 deaths and 241 million infections in 2020 alone. Drug resistance, and the poor efficacy of the only available vaccine, are strong arguments supporting the need to identify therapeutic targets. The malaria parasite Plasmodium falciparum (Pf) invades erythrocytes and multiplies inside them. To do so, it secretes invasion proteins located inside organelles, like micronemes and rhoptries, which are localised at an apical complex. Protein trafficking from the Golgi apparatus to these organelles is dependent on PfSortilin. In model organisms, this protein is recycled between the target organelles and the Golgi Apparatus by a protein complex called retromer. This complex is composed of Vacuolar Sorting Proteins (Vps)-26-29-35. The retromer complex is recruited by complexes, composed of Vps11-16-18-33, CORVET, composed of Vps3-8, and HOPS, composed of Vps39-41. In Pf, all components of the retromer and the VpsC complexes are conserved. However, only PfVps3 of the CORVET complex is conserved and the HOPS complex is absent. We hypothesized that conserved proteins play a key role in apical complex biogenesis by recycling PfSortilin to the Golgi apparatus. To verify the hypothesis, parasite strains coding the fusion proteins PfVps3-11-16-18-29 tagged with a GFP were generated. Western Blot and fluorescence microscopy showed that those proteins are expressed during the erythrocyte life cycle. PfVps29-GFP seemed to localize at endosome-like structures and partially at micronemes. PfVps16-18 seemed to localise at micronemes too and partially at rhoptries and at the Golgi apparatus. Finally, strains where PfVps3-16-29 could be functionally mislocalized have been generated. This technique showed that PfVps16-GFP were essential for Pf survival. Our work could lead to the characterization of new antimalarial drug targets.

La majorité des phytovirus utilise des vecteurs pour être transmis d'une plante à une autre, et les pucerons sont de loin les vecteurs les plus importants. Alors que les interactions moléculaires entre le virus et son vecteur font l'objet de nombreuses études, les phénomènes intracellulaires qui précèdent l'acquisition du virus par le vecteur dans la cellule végétale ont été peu étudiés. Le Cauliflower mosaic virus (CaMV), développe dans les cellules de la plante hôte une structure spécialisée et indispensable à la transmission : le corps à transmission ou CT. Le CT contient la protéine P2 qui est essentielle à la transmission car elle constitue un lien entre la particule virale et un récepteur localisé au niveau de la pointe des stylets de l'insecte. Les particules virales, quant à elles, sont massivement stockées dans un autre type de corps d'inclusion: les usines virales. Cette localisation différentielle des composants majeurs du complexe transmissible implique qu'un mécanisme réunisse P2 et les particules virales lors de l'acquisition, c'est-à-dire au moment des piqûres tests du vecteur dans les cellules du parenchyme.Au cours de ma thèse, nous nous sommes focalisés sur les événements cellulaires qui se produisent lors de l'acquisition du CaMV par le puceron. Les résultats montrent que la piqûre du puceron est un stimulus qui déclenche deux événements : 1. le CT se désintègre quasi instantanément et la P2 qu'il contient est relocalisée sur les microtubules dans toute la cellule ; 2. en parallèle, les usines virales libèrent des particules virales, qui se distribuent sur le réseau microtubulaire, en s'associant à la protéine P2. Ainsi, un très grand nombre de complexes transmissibles se forment dans une configuration facilement accessible au vecteur partout dans le cytoplasme. De manière surprenante, ce remaniement des composants viraux au sein de la cellule est totalement réversible : P2 reforme un CT, et les particules virales sont ré-absorbées par les usines virales ; l'ensemble est ainsi disponible pour un nouveau « cycle d'acquisition ».Ces résultats indiquent que le CaMV manipule l'hôte au travers de corps d'inclusion aux fonctions multiples qui i) permettent la « perception du puceron » par le virus, et ii) mettent en œuvre une réponse immédiate qui favorise les chances d'acquisition du virus. Ces résultats supposent que le CaMV détourne une ou des voies de perception et transduction du « signal puceron » de la plante. Nous avons initié la caractérisation de cette/ces voies de signalisation par plusieurs approches, dont les résultats préliminaires sont présentés en détail. / To be efficiently spread, many plant viruses use insect vectors and the most common vectors are aphids. Molecular interactions between viruses and their vectors are the object of many studies, whereas transmission-related intracellular phenomena occuring in the host cell before the virus acquisition are poorly understood and rarely addressed. Cauliflower mosaic virus (CaMV) forms in infected cells a structure specialized for transmission: the transmission body or TB. The TB contains the protein P2 which is essential for virus transmission because P2 acts as a molecular linker and binds the virus particle to the stylet receptor. Virus particles are massively sequestered in other inclusion bodies: the virus factories or VF. This differential distribution of P2 and virus particles forces the vector to reunite them during feeding activity by mobilzing P2 from TB and virus particles from VF.During my thesis, we solved this mystery and uncovered an intriguing phenomenon: the TB disrupts at the moment where aphids insert their stylets into the tissue, and all P2 redistributes onto cortical microtubules throughout the cell. Simultaneously, some virus particles are exported from virus factories and recruited onto microtubules together with P2. In this configuration, P2 and virus particles are brought close together and in addition they are distributed homogeneously over the entire cell. This enables efficient acquisition by the vector and hence transmission even after short probing. Remarkably, this phenomenon is reversible and TB reforms after vector departure to be ready for a second round of transmission. These results prove that CaMV interferes with the very early plant-aphid interactions to organize transmission. Our findings suggest that plants perceive aphid activity from the moment of stylet insertion. The mechanistic details behind the TB and VF reactions are unknown and we have begun unravelling them with different approach which will be presented.

La production hétérologue des protéines membranaires reste difficile, peut-être parce que l’insertion dans la membrane de la cellule hôte constitue une étape limitante de la production. Afin de tourner cette difficulté, deux modes de synthèse ont été envisagés: la synthèse de protéines dans un système a-cellulaire, en l’absence de membrane mais en présence de détergent, ou l’adressage forcé de la protéine vers les corps d’inclusion dans le cas d’une expression plus classique en bactérie entière. La réalisation des deux stratégies repose sur l’utilisation de protéines de fusion possédant une séquence d’entraînement en amont du gène d’intérêt, soit qu’elles améliorent la traduction du transcrit en limitant le repliement spatial de ce dernier, soit qu’elles favorisent la production de la protéine d’intérêt en corps d’inclusion. La porine OmpX et le peptide T7 ont été choisis en cas d’expression dans les systèmes bactériens. La protéine SUMO est utilisée pour la production dans un lysat eucaryote. Les différentes approches ont été testées sur la production de la pannexine1 humaine (Px1).Si les séquences d’entraînement OmpX et le peptide T7 sont correctement produites in vitro, aucune des deux, en revanche, ne favorise la production de la Px1. Seul l’entraîneur SUMO est efficace. En effet, nous avons observé que cette protéine augmente la production de la Px1 dans un lysat eucaryote de germe de blé. Par ailleurs OmpX, connue pour être largement produite in vivo dans les corps d’inclusion, n’entraîne pas la localisation de la Px1 dans ces structures. Contre toute attente, l’étiquette T7 dirige la Px1 dans les corps d’inclusion. L’étude électrophysiologique de la Px1 a donc été effectuée à partir de la protéine produite in vivo (T7his-Px1) après renaturation, ou produite sous forme soluble in vitro (his6-Px1) dans le lysat eucaryote. Dans le cas de la protéine T7his-Px1 renaturée, une activité canal qui rappelle celle qui est observée après expression dans l’ovocyte de Xénope, a été détectée en patch-clamp, mais dans trois cas seulement. Dans le cas de la protéine his6-Px1, aucune activité canal n’est clairement détectée. Dans une deuxième partie de ce travail on examine le rôle de la boucle périplasmique dans la sensibilité à la pression du MscL, un canal mécanosensible bactérien devenu un système modèle dans l’étude de la mécanosensibilité. Presque toutes les études fonctionnelles sur ce canal ont été réalisées sur le canal de E.coli, alors que la structure a été obtenue à partir de l’homologue de M. tuberculosis. Une étude fonctionnelle a montré que le MscL de M. tuberculosis est difficile à ouvrir : son ouverture requiert l’application d’une pression double de celle qui est nécessaire chez E.coli. Les deux homologues diffèrent principalement par la longueur de leur unique boucle périplasmique. De manière à examiner le rôle de la boucle, on a comparé l’activité du canal MscL de E.coli, celle du canal de M. tuberculosis et celle d’une protéine chimère constituée de la protéine de M. tuberculosis dans laquelle la boucle a été changée pour celle de la protéine de E.coli. De manière inattendue, nous avons constaté que les canaux de E.coli et de M. tuberculosis ont la même sensibilité à la pression. La protéine chimère n’avait pas d’activité canal. Si ce travail ne permet pas de conclure quant au rôle de la boucle, il montre sans ambigüité que contrairement à ce qui a été rapporté les canaux MscL de E.coli et de M. tuberculosis ne diffèrent pas sensiblement sur le plan fonctionnel / The production of heterologous membrane protein is notoriously difficult; this might be due to the fact that insertion of the protein in the membrane host is a limiting step. To by-pass this difficulty, two modes of synthesis were tested: 1) production in a cell-free system devoid of biological membrane but supplemented with detergent or liposomes, 2) production in bacteria, with targeting of the membrane protein to inclusion bodies. Both strategies were tested for the production of the human pannexin 1 channel (Px1). The gene coding the protein was fused with an “enhancer” sequence resulting in the addition of a peptide or short protein at the N terminus of the protein of interest. This enhancer sequence which is well produced in vitro or in vivo is supposed to facilitate the translation of the protein of interest. Three enhancer sequences were chosen: 1) the small porin OmpX of E. coli, which, in addition, should target the protein to inclusion bodies when the protein is expressed in bacteria 2) a peptide of phage T7 for expression in E.coli lysate or E.coli cells 3) the small protein SUMO for production in a wheat germ cell-free system. In a bacterial cell-free system, neither OmpX nor T7 promoted Px1 production. Px1 is only produced when the SUMO enhancer sequence is used in the wheat germ system. In bacteria, OmpX, known to form inclusions bodies did not promote the targeting of the fusion protein to inclusion bodies. Unexpectedly, the peptide T7 was able to do it.Px1 obtained from inclusion bodies (T7his-Px1) was renatured and reconstituted in liposomes. Similarly his6-Px1 produced in wheat germ system was reconstituted in liposomes. Both preparations were used for electrophysiological studies (patch-clamp and planar bilayers). With the refolded T7his-Px1, channel activity reminiscent of that observed with Px1 expressed in Xenope oocyte (Bao et al., 2004) could be detected, but only in three cases. In the case of his6-Px1, no clear channel activity could be observed. The second part of this work deals with the involvement of the periplasmic loop of the bacterial mechanosensitive channel MscL in its sensitivity to pressure. Mscl has become a model system for the investigation of mechanosensisity. Nearly all functional studies have been performed on MscL from E.coli while the structure of the protein has been obtained from the Mycobacterium tuberculosis homologue. In one functional study it was shown that MscL from M. tuberculosis is extremely difficult to open, gating at twice the pressure needed for E.coli MscL The periplasmic loop is the most variable sequence between the two homologues, being longer in E.coli than in M. tuberculosis. In order to assess the role of the periplamic loop in the sensitivity to pressure, we compared the activity of the E.coli and M. tuberculosis MscL and of a chimeric protein made of the M. tuberculosis protein in which the periplasmic loop has been exchanged for that of the E. coli channel. Unexpectedly, M. tuberculosis and E .coli MscL were observed to gate at a similar applied pressure. The chimeric protein had no functional activity. In conclusion, this study does not allow any conclusion as to the role of the loop in the sensitivity to pressure, but it shows clearly that, in contrast to the results of a previous study, there is no functional difference between E. coli and M. tuberculosis MscL.