A study of the modulation, by hemoglobin S, of parasite antigen display at the Plasmodium falciparum infected erythrocyte surface, and of the immune response to the parasite
Étude de la modulation, par l'hémoglobine S, de la présentation des antigènes plasmodiaux à la surface du globule rouge infecté par Plasmodium falciparum, et de la réponse immunitaire contre le paludisme
Résumé
Malaria is a tropical disease resulting from infection by the parasite Plasmodium falciparum transmitted by mosquito bite. The symptoms of malaria are caused by the development of P. falciparum in red blood cells (RBCs). For centuries, malaria has put pressure on the human genome, having selected mutations conferring protection against severe forms of the disease. This is the case of the mutation of the hemoglobin gene (HbA), the principal constituent of RBCs. The mutated form of the gene produces abnormal hemoglobin (HbS). In contrast to sickle cell disease (HbSS), the heterozygous carriage (sickle cell trait) of this mutation (HbAS) is asymptomatic. Healthy HbAS carriers are protected from severe symptoms of malaria. Today, the mechanisms responsible for this protection remain partially understood. During its intra-erythrocytic development, P. falciparum modifies the RBC membrane and cytoskeleton to expose parasite proteins at the surface of the erythrocyte. Among these proteins, the major parasitic adhesin, "P. falciparum erythrocyte membrane protein 1" (PfEMP1), binds to endothelial receptors, resulting in cytoadherence and sequestration of infected RBCs. This cytoadherence permits the infected RBCs to avoid splenic clearance. Studies have shown that infected HbAS RBCs have a reduced cytoadherence, in association with an abnormal PfEMP1 display. This PhD project attempts to decipher the mechanisms of resistance conferred by the sickle cell trait against P. falciparum malaria. The first part of this project considers the phosphoproteome of the infected HbAA and HbAS red cell membranes. Parasitic proteins exposed on the surface of RBCs interact with erythrocyte proteins involved in the anchorage of the cytoskeleton to the erythrocyte membrane. These human proteins belong to the Ankyrin-R and the junctional complexes. The oxidative stress generated by sickle cell trait, and by parasite invasion, disrupts the kinase / phosphatase balance, leading to modulation of protein phosphorylation. As protein interactions could be regulated by their state of phosphorylation, this modulation may interfere in parasite antigens' display. Thus, protein membrane extracts of infected HbAA and HbAS RBCs were produced and analyzed by mass spectrometry and Western-Blot. This study showed that the sickle cell trait modulated the phosphorylation of erythrocyte proteins of the infected RBCs (membrane transporters and cytoskeletal proteins mainly), but also that of parasite proteins. The second part of the project deals with the anti-VAR2CSA antibody response in the context of pregnancy-associated malaria according to the heterozygous carriage of hemoglobin S. Placental malaria is one of the severe forms of malaria, resulting from the cytoadherence of infected RBCs in the placenta. This cytoadherence results from the interaction of a particular PfEMP1, VAR2CSA, with chondroitin sulfate A expressed on syncytiotrophoblasts. 159 plasma samples of HbAA and HbAS Beninese women, collected at delivery, were used to measure their ability to recognize VAR2CSA on the surface of infected HbAA and HbAS RBCs. Immune recognition of infected HbAS RBCs by plasma from HbAS mothers is significantly lower than the immune recognition of infected HbAA RBCs by HbAA mothers' plasma. In addition, other genetic diseases affecting RBCs may influence the antibody response to parasitized red blood cells. Co-carriage of G6PD deficiency and alpha-thalassemia with HbS were assessed for this study group. G6PD deficiency and alpha-thalassemia were present in, respectively, 26.7% and 51.7% of the women. These data underline the importance of simultaneously considering the different erythrocyte disorders present at high prevalence among the population considered, in order to study the protective mechanisms conferred by the carriage of HbS against malaria.
Le paludisme est une maladie tropicale résultant de l'infection par le parasite Plasmodium falciparum transmis par piqûre de moustique. Les symptômes du paludisme résultent du développement de P. falciparum dans les globules rouges (GR). Depuis des siècles, le paludisme a exercé des pressions sur le génome humain, sélectionnant des mutations conférant une protection contre les formes sévères de la maladie. C'est le cas de la mutation du gène de l'hémoglobine (HbA), composant principal des GRs. La forme mutée du gène produit une hémoglobine anormale (HbS). Contrairement à la drépanocytose (HbSS), le portage hétérozygote (trait drépanocytaire) de cette mutation (HbAS) est asymptomatique. Les porteurs sains HbAS développent moins de symptômes graves du paludisme. Aujourd'hui, les mécanismes responsables de cette protection restent partiellement élucidés. Lors de son développement, P. falciparum modifie la membrane et le cytosquelette du GR afin d'exposer des protéines parasitaires à la surface de l'hématie. Parmi ces protéines, l'adhésine majeure parasitaire "P. falciparum erythrocyte membrane protein 1" (PfEMP1), se lie aux récepteurs endothéliaux, entraînant la cytoadhérence et la séquestration des GRs infectés (iGRs). Cette cytoadhérence permet d'éviter le passage et la clairance splénique des iGRs. Des études ont montré que les iGRs HbAS cytoadhèreraient moins, en association avec une présentation anormale de PfEMP1. Cette thèse porte sur l'étude des mécanismes de résistance du trait drépanocytaire contre le paludisme à P. falciparum. Le premier projet de cette thèse porte sur le phosphoprotéome des membranes de GRs HbAA et HbAS infectés par P. falciparum. Les protéines parasitaires exposées à la surface du GR interagissent avec des protéines érythrocytaires impliquées dans l'ancrage de la membrane du GR au cytosquelette. Il s'agit des protéines du complexe Ankyrine-R et du complexe jonctionnel. Le stress oxydant généré par le trait drépanocytaire et par l'invasion parasitaire perturbe l'équilibre kinase/phosphatase dans la cellule, pouvant entraîner des modulations de la phosphorylation des protéines, interférer dans les interactions protéiques et par conséquent dans la présentation des antigènes parasitaires. Des extraits membranaires de GRs HbAA et HbAS infectés ont été produits et analysés en spectrométrie de masse et en Western-Blot. Cette étude a montré que le trait drépanocytaire modulait la phosphorylation des protéines érythrocytaires de la membrane du iGR (transporteurs membranaires et protéines du cytosquelette majoritairement), mais aussi celle de protéines parasitaires. Le deuxième projet porte sur la réponse anticorps anti-VAR2CSA dans le cadre du paludisme gestationnel selon le portage de l'HbS. Le paludisme gestationnel est une des formes sévères du paludisme, due à la cytoadhérence des iGRs dans le placenta. Cette cytoadhérence résulte de l'interaction d'un PfEMP1 particulier, VAR2CSA, à la chondroïtine sulfate A des syncytiotrophoblastes. 159 plasmas de femmes HbAA et HbAS Béninoises, collectés à l'accouchement, ont été utilisés pour mesurer leur capacité de reconnaissance de VAR2CSA à la surface de GRs HbAA et HbAS infectés. La reconnaissance immune des iGRs HbAS par les plasmas provenant des mères HbAS est significativement plus faible que celle des iGRs HbAA par les plasmas des mères HbAA. Par ailleurs, d'autres maladies génétiques affectant le GR peuvent influencer la réponse en anticorps spécifiques aux GRs parasités. Les co-portages du déficit en G6PD et de l'alpha-thalassémie avec l'HbS ont ainsi été évalués pour ce groupe d'étude. Respectivement, 26,7% et 51,7% des femmes étaient porteuses du déficit G6PD ou de l'alpha-thalassémie. Ces données soulignent l'importance de considérer simultanément les différents désordres érythrocytaires existant parmi la population considérée, pour étudier les mécanismes protecteurs conférés par le portage d'HbS contre le paludisme.
Origine : Version validée par le jury (STAR)