Phosphoinositides chez Plasmodium falciparum

Bien que les PIP et leurs effecteurs soient assez bien caractérisés chez la levure et les cellules mammifères, ils représentent un champ d’étude relativement nouveau chez P. falciparum. Dans un érythrocyte infecté, la diversité et l’abondance des PIP augmente dramatiquement par rapport à ce qui est rapporté dans un érythrocyte non infecté136. Alors que dans un érythrocyte non infecté seulement le PI(4)P et le PI(4,5)P2 sont produits, on retrouve une quantité importante de PI(3)P lors

de l’infection à P. falciparum et plus particulièrement durant les stades plus avancés du cycle de vie. Du PI(3,4)P2 et du PI(3,4,5)P3 sont aussi produits en plus faibles quantités

136

. Ce changement dans le métabolisme des PIP est le signe de rôles primordiaux de ces lipides dans l’infection à P. falciparum. Cette section se concentre principalement sur les rôles connus des PIP-kinases et PIP- phosphatases chez P. falciparum puisque ce sont elles qui sont responsables de leur métabolisme. Les différentes protéines qui contiennent un domaine de liaison aux PIP ne sont pas abordées (Revu dans 115,135).

1.3.2.1.

PIP-kinases de P. falciparum

1.3.2.1.1. PI3K

Si la plupart des organismes eucaryotes possèdent trois types de PI3K, chez P. falciparum, la PfPI3K de type III est la seule PI3K qui a été identifiée. Elle permet de produire le PI(3)P, le PI(3,4)P2 et le PI(3,4,5)P3 in vitro. Les tentatives pour générer des parasites knock-out pour la

25 PfPI3K chez P. berghei ont été infructueuses, indiquant de potentiels rôles essentiels pour cette kinase136. Des études utilisant un inhibiteur de PI3K ont permis de mettre en lumière le rôle de cette kinase et du PI(3)P dans le transport de l’Hb de la cellule hôte vers la vacuole digestive. En effet, lors de l’inhibition de cette kinase, les vacuoles contenant l’Hb s’accumulent dans le parasite au lieu de fusionner avec la vacuole digestive pour procéder à sa digestion137. En plus de sa localisation à la vacuole digestive, le PI(3)P est aussi trouvé à l’apicoplaste, un organite essentiel à la survie du parasite. Bien que l’implication du PI(3)P dans la biogenèse de l’apicoplaste de P. falciparum n’ait pas été étudiée, des études d’interférence avec la fonction du PI(3)P ou d’inhibition de la PI3K effectuées chez Toxoplasma gondii ont montré une perte de cet organite et la mort subséquente du parasite138,139. Plus récemment, l’étude des mécanismes de résistance à l’artémisinine a mis au jour un potentiel lien entre une hausse du niveau de PI(3)P et la survie des parasites soumis à ce médicament. Il semble que cette hausse de PI(3)P soit due à une mutation dans la protéine Pfkelch13 qui mènerait à une baisse de la dégradation de la PfPI3K et donc une surproduction de PI(3)P88.

1.3.2.1.2. PI4K

Le rôle du PI(4)P chez le parasite a surtout été étudié dans le cadre d’études visant la découverte des cibles d’antimalariaux. En effet, la PI4KIIIβ, une des trois PI4K présentes chez P. falciparum, a été identifiée comme la cible des imidazopyrazines140. Cette étude a montré que l’effet antiparasitaire de ces médicaments se produit tardivement durant le cycle érythrocytaire et se traduit par un défaut de formation de la membrane plasmique autour des mérozoïtes filles en production. Ce phénotype semble être causé par une redistribution du PI(4)P, passant d’intracellulaire à périphérique à la membrane plasmique, qui pourrait interférer avec le trafic de membranes. Plus récemment, il a été démontré que l’imidazopyrazine KDU691, inhibiteur spécifique de PI4K, permet de sensibiliser à l’artémisinine des parasites P. falciparum qui y sont résistants. Toutefois, son rôle dans le mécanisme de résistance reste à déterminer. Les parasites résistants à l’artémisinine présentent une croissance plus lente aux stades anneau précoces. Une hypothèse pour tenter d’expliquer le rôle de la PI4K dans la résistance est qu’elle serait impliquée dans la régulation ou la réactivation de ce stade dormant des parasites au stade anneau par l’entremise du métabolisme des lipides141. La PI4KIIIβ semble aussi importante durant le cycle hépatique, où elle est impliquée dans l’export de protéines à la MVP et dans la dormance des hypnozoïtes responsables de la rechute des patients infectés par P. vivax142,143. Une étude réalisée sur des macaques rhésus a effectivement montré que les imidazopyrazines utilisés de manière préventive offrent une protection contre la production des hypnozoïtes lors de l’infection à P. cynomolgi (espèce similaire à P.vivax infectant les singes)143

26

1.3.2.1.3. PI5K

Une PI(5)K de type I a été identifiée dans le génome de Plasmodium. Elle est responsable de la synthèse du PI(4,5)P2 par la phosphorylation du PI(4)P. Sa structure comporte le domaine

phosphatase ainsi qu’un domaine en main EF, situé en N-terminal, homologue à celui trouvé chez les protéines de la famille NCS (neuronal calcium sensor)144. Chez les eucaryotes, la protéine NCS- 1 permet l’activation de la PI4Kβ de façon calcium-dépendante afin de produire le PI(4)P. Ce dernier est utilisé comme substrat par la PI5K pour la formation du PI(4,5)P2

145–148

. Il est donc possible que la PfPI5K de Plasmodium régule les niveaux de PI(4,5)P2 à la fois en contrôlant

l’activation de la PI4K via son domaine NCS et en utilisant le produit de cette dernière comme substrat à la phosphorylation.

1.3.2.2.

PIP-phosphatases de P. falciparum

Les phosphatases ayant les PIP comme substrat n’ont pas été étudiées chez P. falciparum contrairement à celles trouvées chez les autres organismes eucaryotes. Selon la base de données PlasmoDB, qui contient la séquence complète du génome de Plasmodium, quatre PIP-phosphatases sont présentes dans le génome du parasite. La protéine PF3D7_1111600 appartient à la superfamille EEP (endonuclease, exonuclease phosphatase). Les protéines PF3D7_0802500, PF3D7_0705500 et PF3D7_1354200 possèdent toutes les trois un domaine d’homologie Syja_N Sac1. Ce domaine, apparenté au domaine Sac1p de la levure possède une activité PIP-phosphatase149. Jusqu’à maintenant, aucune PI-3 phosphatase n’a été identifiée dans le génome de P. falciparum. Toutefois, dû au manque d’homologies de séquences, ainsi qu’en absence d’études de caractérisation, plusieurs protéines du génome de Plasmodium restent sans fonction potentielle. Il n’est donc pas impossible que d’autres PIP-phosphatases existent chez le parasite.

Dû au petit nombre de PI-phosphatases chez P. falciparum, ces dernières possèdent potentiellement peu de rôles redondants. Cela pourrait donc leur conférer un rôle critique dans la survie du parasite et les placer en position intéressante pour le développement de nouveaux antimalariaux. Les travaux de maîtrise présentés portent sur la PIP-phosphatase PF3D7_1354200 qui contient un domaine d’homologie Syja_N Sac1. Elle a été choisie puisque, selon la base de données PlasmoDB, elle est exprimée durant le cycle érythrocytaire symptomatique

.