Biologie de Toxoplasma gondii

2.5.1. Description générale des tachyzoïtes

Toxoplasma gondii est un organisme unicellulaire de forme arquée, d’environ 2 µm de large, et 7 µm de longueur (Figure 4), avec une polarité où le pôle antérieur ou apical correspond à la direction de la motilité.

Comme tous les parasites de l’embranchement Apicomplexa, Toxoplasma gondii possède une structure apicale complexe, impliquée dans l’attachement du parasite à la surface de la cellule hôte et dans l’invasion (Blackman and Bannister, 2001). Le cytosquelette du parasite comprend plusieurs éléments. Tout d’abord, deux cercles apicaux sous la membrane plasmique, et le conoïde constitué d’un cône tronqué de protofilaments de tubuline en spirale (Hu et al., 2002). Deux cercles internes comprennent le conoïde, et servent d’ancrage au complexe membranaire interne (IMC). Enfin, 22 microtubules attachés aux cercles internes se prolongent sous l’IMC sur environ deux tiers de la longueur totale du parasite (Nichols and Chiappino, 1987). L’IMC est formée d’un ensemble de vésicules aplaties dérivées du système réticulum – Golgi (Vivier and Petitprez, 1969), et forme avec la membrane plasmique la pellicule.

En tant qu’eucaryote, ce parasite possède un noyau, un réticulum endoplasmique continu avec ce dernier (Hager et al., 1999), un appareil de Golgi, et une mitochondrie (Figure 4). Comme la plupart des parasites du groupe Apicomplexa, Toxoplasma gondii possède un plaste d’origine végétale (Miranda et al., 2010) délimité par de multiples membranes, appelé apicoplaste. Cet organite a probablement pour origine une endosymbiose secondaire d’une algue rouge (McFadden and Roos, 1999). Alors que le parasite peut survivre temporairement sans apicoplaste, il est incapable de proliférer dans la cellule hôte envahie. L’apicoplaste est nécessaire pour la synthèse des acides gras, des isoprénoïdes, des hèmes, ainsi que dans celle des clusters fer-souffre.

Toxoplasma gondii possède également trois organites sécrétoires distincts, qui varient en nombre et en forme au cours des différents stades du parasite. Ces organites sont décrits plus amplement dans un autre point.

2.5.2. Cycle lytique

Toxoplasma gondii est un parasite intracellulaire obligatoire, capable d’envahir toutes les cellules nucléées de l’organisme. L’étape d’invasion est donc primordiale pour la survie de ce parasite, qui s’attache à la cellule hôte par le biais de protéines spécifiques (Aikawa et al., 1978) (Figure 5). Une fois cette reconnaissance effectuée, une jonction serrée s’établit entre les deux protagonistes, et le parasite rentre dans la cellule hôte. Grâce à un système complexe basé sur un moteur actine/myosine et d’autres protéines, qui forment le glideosome (Opitz and Soldati, 2002), supporté par une structure de multiples sacs vésiculaires aplatis appelée l’IMC (Vivier and Petitprez, 1969), le parasite possède la motilité nécessaire lui permettant de se déplacer, et entre autres d’envahir la cellule de façon active, en quelques secondes

Figure 4 : Structure de Toxoplasma gondii

Les éléments mentionnés sont décrits dans le corps du chapitre. Le complexe membranaire interne (IMC) et le système microtubule ne sont pas représenté ici.

(Dobrowolski and Sibley, 1996). Le parasite lié à la cellule hôte force grâce à cela l’invagination de la membrane plasmique (Dubremetz and Torpier, 1978; Tardieux and Baum, 2016). Au niveau de la jonction serrée, le parasite est capable d’effectuer un tri sélectif dans les composants membranaires, en excluant des protéines de la membrane plasmique, et en délivrant ses propres composants protéiques et lipidiques. Une fois la vacuole refermée, le parasite est entièrement intracellulaire, et cette vacuole, appelée alors membrane parasitophore (PVM), contient les lipides neutres de l’hôte (Charron and Sibley, 2004; Mordue et al., 1999a), ainsi que des lipides et protéines issus des rhoptries (Håkansson et al., 2001). Ce mécanisme permet d’exclure les protéines de l’hôte de cette membrane, ce qui par conséquent lui confère l’incapacité à fusionner avec d’autres compartiments intracellulaires, notamment les lysosomes, et donc de survivre (Mordue et al., 1999a, 1999b).

Figure 5 : Cycle lytique de Toxoplasma gondii

Les tachyzoïtes extracellulaires s’accrochent à la cellule hôte et établissent une

interaction forte. Le parasite force l’invagination de la membrane plasmique, et envahit la cellule de façon active grâce à son moteur moléculaire actine/myosine. La PVM en cours de formation est dérivée de la membrane plasmique, dépourvue de protéines de l’hôte grâce à leur exclusion au niveau de la jonction serrée, et enrichie en lipides dérivés du parasite grâce à la sécrétion des rhoptries. Une fois dans la cellule hôte, le parasite se réplique dans sa vacuole parasitophore par endodyogénie. Une fois la cellule remplie de parasites, ceux-ci vont sortir de la cellule en la lysant, par processus d’egress. Les parasites alors extracellulaires vont initier un autre cycle lytique.

Dans cette niche, le parasite va se répliquer par endodyogénie, une forme de reproduction asexuée qui consiste en la production de 2 cellules filles à l’intérieur de la cellule mère, par duplication des organites (Blader et al., 2015). Dans les cellules hôtes, le temps de doublement est environ de 7 heures (Radke and White, 1998). Par divisions successives, les parasites vont remplir la cellule hôte, puis sortir dans un processus actif nommé « egress », provoquant la lyse de la cellule hôte. Le parasite sera alors sous forme extracellulaire de façon transitoire, et entamera l’invasion d’une autre cellule à proximité (Figure 5) (Sibley, 2010).

2.5.3. Organites sécrétoires spécifiques

Toxoplasma gondii possède 3 organites sécrétoires, les micronèmes, les rhoptries et les granules denses (Figure 4). Dans la chronologie, les protéines contenues dans les micronèmes sont les premières à être secrétées, suivies par les protéines RON (rhoptry neck proteins), ROP (rhoptry proteins), et enfin les protéines des granules denses GRA (Carruthers and Sibley, 1997).

Les micronèmes sont localisées au pôle apical du parasite, et permettent la sécrétion de protéines nécessaires au processus d’invasion actif. Leur sécrétion est également nécessaire pour le processus d’egress des parasites.

Les rhoptries sont des organites en forme de poire, avec une partie bombée appelée le bulbe, contenant les protéines ROP, et une partie plus longiforme appelée le cou, contenant les protéines RON (Nichols et al., 1983). Les protéines RON sont déchargées pendant l’invasion active, et insérées dans la membrane de l’hôte pour former un point d’ancrage pour la jonction serrée (Shen and Sibley, 2012). Les protéines ROP sont également sécrétées pendant l’invasion dans le cytoplasme de la cellule hôte, formant des petites vésicules appelées evacuoles (Håkansson et al., 2001). Celles-ci fusionnent par la suite avec la PVM en formation, et les protéines ROP sont alors exposées au cytoplasme de l’hôte (Figure 7) (Beckers et al., 1994).

Enfin, les granules denses sont de petites vésicules qui sont denses aux électrons lors de leur observation au microscope électronique, d’où elles tirent leur nom. La décharge des granules denses se produit une fois que le parasite est dans le cytoplasme de l’hôte, entouré de la PVM (Achbarou et al., 1991). Les granules denses contiennent de petites protéines pour la plupart, présentant une séquence hydrophobe en N terminal ayant les caractéristiques d’un peptide signal ou d’un segment transmembranaire. De par leur nature très déstructurée, la plupart des protéines GRA ne présentent aucune similarité avec d’autres protéines de fonction connues, et leurs potentielles activités ne sont pas prévisibles en regardant leur séquence. En revanche,

la plupart de ces protéines possèdent un peptide signal caractéristique en position N-terminal, leur permettant d’entrer dans la voie de sécrétion (Mercier and Cesbron-Delauw, 2015). Certaines protéines GRA participent à l’organisation de la vacuole, avec par exemple GRA17 et GRA23 qui sont impliquées dans la diffusion passive des petits éléments (nutriments) à travers la PVM (Figure 9) (Gold et al., 2015). D’autres protéines, comme GRA1, GRA2 et GRA5, sont retrouvées au niveau de la paroi des kystes tissulaires contenant les bradyzoïtes pendant la phase chronique de l’infection (Torpier et al., 1993). Enfin, d’autres protéines passent la PVM et atteignent la cellule hôte, au niveau cytoplasmique et nucléaire (Figure 8) (rassemblées dans (Hakimi et al., 2017). Ces protéines sont qualifiées d’effecteurs, de par leur action sur la cellule hôte, puisqu’elles sont capables de modifier la signalisation cellulaire, ce qui peut aboutir à l’expression ou la répression de certains gènes. Ce sujet est développé dans un prochain point de cet exposé.