• Langue : Anglais
• Discipline : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Identifiant : 2024ULILS074
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 10/12/2024

Résumé en langue originale

Le parasite protozoaire Toxoplasma gondii se réplique rapidement de manière asexuée par un processus appelé endodyogénie, qui résulte à la formation de deux cellules filles à l'intérieur d'une cellule mère. Ce processus, étroitement régulé, dépend de l'expression spécifique de gènes au cours du cycle cellulaire et de modifications post-traductionnelles. Les travaux réalisés au cours de cette thèse s'appuient sur des résultats antérieurs qui ont identifié TgAP2IX-5 comme un facteur de transcription clé, nécessaire à l'initiation des mécanismes conduisant à la création des cellules filles. TgAP2IX-5 régule l'expression de TgAP2XII-9 et TgAP2III-2, notre attention s'est porté sur les rôles distincts de ces deux facteurs de transcription ApiAP2 et aussi de la phosphatase TgPP1 dans la progression du cycle cellulaire et la formation des cellules filles chez T. gondii.TgAP2XII-9 émerge comme un régulateur transcriptionnel clé, orchestrant différentes étapes du cycle cellulaire. En utilisant une combinaison d'analyses d'immunofluorescence, de séquençage ARN, et de CUT&Tag, nous démontrons que TgAP2XII-9 agit à la fois comme un répresseur et un activateur de l'expression génique, assurant la synchronisation et l'organisation de certaines étapes post-initiation dans la formation des cellules filles. TgAP2XII-9 réprime les gènes associés l'initiation de la formation des cellules filles tout en activant simultanément les gènes responsables de l'élongation et de la maturation du complexe de la membrane interne (IMC) des cellules filles. La déplétion de TgAP2XII-9 conduit à des défauts dans la formation de l'armature de l'IMC, entraînant la formation de cellules filles désorganisées. De plus, TgAP2XII-9 régule la biogenèse des organites de virulence clés. Il active l'expression d'une partie des gènes produisant les protéines destinées aux micronèmes et des granules denses tout en réprimant l'expression d'une partie des gènes produisant les protéines destinées aux rhoptries, assurant ainsi un contrôle temporal précis de l'expression des facteurs de virulence au cours du cycle cellulaire du parasite. Ces résultats mettent en évidence le rôle essentiel de TgAP2XII-9 dans la synchronisation de la réplication cellulaire chez le tachyzoite de T. gondii.En revanche, TgAP2III-2 n'exerce pas les mêmes effets régulateurs. Bien qu'il se lie de manière extensive aux promoteurs des gènes de l'ARN ribosomique (ARNr), la déplétion de TgAP2III-2 n'entraîne pas de modifications significatives des niveaux de transcription de ces gènes. Cette absence d'altérations transcriptomiques, malgré son occupation de la chromatine, suggère que TgAP2III-2 pourrait jouer un rôle redondant dans la régulation transcriptionelle plutôt qu'un contrôle transcriptionnel direct. Le rôle biologique précis de TgAP2III-2 reste encore à définir, mais il est distinct de celui joué par TgAP2XII-9, soulignant la diversité fonctionnelle au sein de la famille ApiAP2.Parallèlement, nous avons étudié le rôle de TgPP1, une phosphatase sérine/thréonine. TgPP1 est crucial pour la régulation des processus post-traductionnels, y compris l'assemblage de l'IMC, la ségrégation des organites et la division nucléaire. Suite à la déplétion de TgPP1, les parasites présentent des défauts similaires à ceux observés lors de la déplétion de TgAP2XII-9, notamment une structure IMC aberrante. Les analyses phosphoprotéomiques ont révélé que TgPP1 déphosphoryle un large éventail de protéines, y compris des composants de l'IMC. De manière frappante, la déplétion de TgPP1 entraîne l'accumulation d'amylopectine, un polysaccharide de stockage typiquement associé au stade bradyzoïte, liant ainsi PP1 à la régulation métabolique en plus de son rôle dans la division cellulaire.Cette étude enrichit notre compréhension des mécanismes moléculaires qui sous-tendent la réplication de T. gondii, de la régulation transcriptionnelle initiée par TgAP2IX-5 aux effets en aval sur les processus cellulaires et métaboliques.

Résumé traduit

The intracellular protozoan parasite Toxoplasma gondii undergoes rapid asexual replication through a process known as endodyogeny, which involves the formation of two daughter cells within a mother cell. This tightly regulated process depends on cell cycle-specific gene expression and post-translational modifications. This study builds upon previous findings that identified TgAP2IX-5 as a key transcription factor required for daughter cell budding. While TgAP2IX-5 regulates the expression of TgAP2XII-9 and TgAP2III-2, our focus is on the distinct roles of these two ApiAP2 transcription factors and the phosphatase TgPP1 in orchestrating cell cycle progression and daughter cell formation in T. gondii.TgAP2XII-9 emerges as a key transcriptional regulator, orchestrating various stages of the cell cycle. Using a combination of immunofluorescence, RNA sequencing, and CUT&Tag assays, we demonstrate that TgAP2XII-9 acts as both a repressor and activator of gene expression, ensuring the proper timing and organization of daughter cell formation. TgAP2XII-9 represses genes associated with early stages of daughter budding, including those encoding apical cap and basal complex proteins, while simultaneously activating genes responsible for the elongation and maturation of the inner membrane complex (IMC), a critical structure that provides the framework for daughter cells. Depletion of TgAP2XII-9 leads to catastrophic defects in IMC scaffold formation, resulting in disorganized daughter cells and improper nuclear division. Moreover, TgAP2XII-9 is also involved in regulating the biogenesis of key virulence organelles. It activates genes associated with the formation of micronemes and dense granules while repressing rhoptry-associated genes, thus ensuring the precise timing of virulence factor production during the parasite's cell cycle. These findings highlight TgAP2XII-9's essential role in synchronizing cellular and organelle replication during T. gondii division. In contrast, TgAP2III-2 does not exhibit the same transcriptional regulatory effects. While it binds extensively to the promoters of ribosomal RNA (rRNA) genes, depletion of TgAP2III-2 does not result in significant changes in transcript levels of these genes. This lack of transcriptomic alterations, despite its chromatin occupancy, suggests that TgAP2III-2 may play a role in epigenetic or chromatin-level regulation rather than direct transcriptional control. The precise biological role of TgAP2III-2 remains elusive but is distinct from the role played by TgAP2XII-9, underscoring the functional diversity within the ApiAP2 family. In parallel, we investigated the role of TgPP1, a serine/threonine phosphatase during the cell cycle. TgPP1 is crucial for regulating post-translational processes, including IMC assembly, organelle segregation, and nuclear division. Upon TgPP1 depletion, parasites exhibited defects similar to those seen with TgAP2XII-9 depletion, including aberrant IMC structure and failed daughter cell formation. Phosphoproteomic analyses revealed that TgPP1 dephosphorylates a wide array of proteins, including IMC components. Strikingly, TgPP1 depletion leads to the accumulation of amylopectin, a storage polysaccharide typically associated with the bradyzoite stage, linking PP1 to metabolic regulation in addition to its role in cell division.This study expands our understanding of the molecular mechanisms driving T. gondii replication, from the transcriptional regulation initiated by TgAP2IX-5 to the downstream effects on cellular and metabolic processes.