Influence des conditions environnementales sur le métabolisme de Plasmodium falciparum, Impact of environmental conditions on Plasmodium Falciparum metabolism

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Sous la direction de Yves Jammes, Daniel Parzy
Thèse soutenue le 01 décembre 2010: Aix Marseille 2
P. falciparum est le principal responsable des formes graves du paludisme. Le parasiteévolue entre deux hôtes (homme et moustique) qui lui imposent différents environnements; ettout particulièrement, des modifications des pressions partielles d’O2 nécessitant des capacitésd’adaptation surprenantes pour un parasite microaérophile. Chez l’hôte vertébré, lesphénomènes de cytoadhésion, ralentissant la progression du parasite notamment au niveau despoumons, augmentent la durée d’exposition aux conditions hyperoxiques.La dynamique de la réponse parasitaire à l’hyperoxie a été étudiée par une approchecombinée de transcriptomique et de protéomique. Certains mécanismes de défense contre lesespèces réactives d’oxygène ont été appréciés, dont une éventuelle fonction oxydasealternative.L’exposition du parasite à 21% d’O2 induit un retard de croissance au niveau de laschizogonie. Le stress oxydatif induit par l’hyperoxie entraîne des perturbations métaboliquescomme une inhibition de la glycolyse en faveur de la respiration et un ralentissement dumétabolisme de la vacuole digestive. Cette action combinée sur le métabolisme mitochondrialet vacuolaire permet au parasite de s’adapter à un environnement hyperoxydant, en régulant laproduction d’espèces réactives d’oxygène. Nos travaux ont montré qu’un inhibiteur de lafonction oxydase alternative, l’acide salicylhydroxamique ou SHAM, avec un effet mineur surla croissance parasitaire en microaérophilie, avait un effet létal sur les parasites en hyperoxie.Une meilleure compréhension de la biologie parasitaire pourrait contribuer audéveloppement de nouveaux traitements antipaludiques associés à une thérapie hyperbarique.
-Plasmodium falciparum
-Mitochondrie
-Hyperoxie
-Sham
-Puce à ADN
-Dige
P. falciparum is the main species responsible for severe case of malaria. The parasiteevolves between two hosts (human and mosquito), imposing to it different environments;especially changes in the O2 pressure, demanding astonishing adaptation skills for amicroaerophilic parasite. In the vertebrate host, the phenomena of cytoadhesion, which slowdown the spread of the parasite among others in the lungs, increase the timing of exposure tohyperoxic conditions.The parasitic response dynamic to hyperoxia has been analysed by a combinedtranscriptomic and proteomic approach. Some of the defense mechanisms against reactiveoxygen species have been evaluated, among which a potential alternative oxidase function.The exposure of the parasite to 21%O2 atmosphere leads to a growth delay atschizogony level. The oxidative stress resulting from the hyperoxia conducts to metabolicalterations, as an inhibition of the glycolysis in favour of respiration and as a slowdown of themetabolism of the digestive vacuole. This combined action on the mitochondrial and vacuolarmetabolisms allows the parasite to adapt itself to hyperoxic environment, by regulatingreactive oxygen species. Our works have shown that an inhibitor of the alternative oxidasefunction, the salicylhydroxamic acid or SHAM, with a minor effect on the parasite growth inmicroaerophily, had letal effect on parasites in hyperoxia.A better understanding of the parasitic biology could contribute to the development ofnew antimalarial treatments, associated with a hyperbaric oxygen therapy.
-Plasmodium falciparum
-Mitochondria
-Hyperoxia
-Sham
-Microarray
-Dige
Source: http://www.theses.fr/2010AIX20700/document
Publié le : vendredi 28 octobre 2011
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UNIVERSITÉ DE LA MÉDITERRANÉE – AIX-MARSEILLE II
École doctorale des Sciences de l’Environnement
THÈSE DE DOCTORAT
En vue d’obtenir le grade de
Docteur de l’Université de la Méditerranée
Spécialité «Environnement et Santé»
Influence des conditions environnementales
sur le métabolisme de Plasmodium falciparum
Présentée et publiquement soutenue par
Marylin TORRENTINO-MADAMET
erLe 1 décembre 2010
Membres du jury :
Professeur Yves JAMMES Président et Directeur de thèse
Docteur Isabelle FLORENT Rapporteur
Docteur Éric MARÉCHAL Rapporteur
Professeur Daniel PARZY Co-directeur de thèse
Institut de Médecine Tropicale du Service de Santé des Armées – IRBA Antenne de Marseille
Unité de Recherche en Pharmacologie et Physiopathologie Parasitaires
UMR-MD3 - Relations Hôtes-Parasites, Pharmacologie et Thérapeutique
Allée du Médecin Colonel Eugène Jamot • Parc du Pharo • BP 60109 • 13262 Marseille Cedex 07
UNIVERSITÉ DE LA MÉDITERRANÉE – AIX-MARSEILLE II
École doctorale des Sciences de l’Environnement
THÈSE DE DOCTORAT
En vue d’obtenir le grade de
Docteur de l’Université de la Méditerranée
Spécialité «Environnement et Santé»
Influence des conditions environnementales
sur le métabolisme de Plasmodium falciparum
Présentée et publiquement soutenue par
Marylin TORRENTINO-MADAMET
erLe 1 décembre 2010
Membres du jury :
Professeur Yves JAMMES Président et Directeur de thèse
Docteur Isabelle FLORENT Rapporteur
Docteur Éric MARÉCHAL Rapporteur
Professeur Daniel PARZY Co-directeur de thèse
Institut de Médecine Tropicale du Service de Santé des Armées – IRBA Antenne de Marseille
Unité de Recherche en Pharmacologie et Physiopathologie Parasitaires
UMR-MD3 - Relations Hôtes-Parasites, Pharmacologie et Thérapeutique
Allée du Médecin Colonel Eugène Jamot • Parc du Pharo • BP 60109 • 13262 Marseille Cedex 07 Remerciements

Remerciements

Au Médecin M. MORILLON
Je souhaiterais vous exprimer ma profonde reconnaissance pour m’avoir donné l’opportunité de soutenir
cette thèse.

Au Professeur D. PARZY
Je tiens à vous exprimer toute ma sincère reconnaissance et mon plus profond respect. Je vous remercie pour
m’avoir confiée ce projet de recherche et pour m'avoir fait partager vos connaissances scientifiques, pour la
confiance que vous avez su me témoigner jusqu’au bout de ce projet ambitieux, pour avoir encadré ce travail
avec un peu trop de confiance et pour avoir favorisé mon autonomie qui m’ont permis d’appréhender les
difficultés de la réflexion scientifique et de la rédaction d’articles.

Au Professeur Y. JAMMES
Je vous remercie également pour avoir co-dirigé ce travail, pour m’avoir accueillie dans votre Ecole doctorale
et m’avoir permis de soutenir cette thèse.

Au Service de Santé des Armées et à la Délégation Générale de l’Armement
Je remercie le Service de Santé des Armées et la Délégation Générale de l’Armement pour m’avoir donné les
moyens financiers de mener à bien ce travail.

Au Docteur Isabelle FLORENT et au Docteur Éric MARÉCHAL, membres du jury
Je vous remercie sincèrement d’avoir accepté de donner de votre temps à la lecture et à l’évaluation de cette
thèse afin de l’enrichir de vos critiques et commentaires et pour m’honorer de votre présence dans le jury de
cette thèse.

Au Médecin C. ROGIER
Merci pour avoir mis à ma disposition la plateforme protéomique et pour tes conseils scientifiques.

A Bruno PRADINES et Sébastien BRIOLANT
Merci pour vos discussions scientifiques et techniques, vos critiques enrichissantes, pour m'avoir fait
partager vos connaissances.
A Véronique SINOU
Merci pour ta contribution inestimable dans les corrections de ce manuscrit, ton attentive relecture et tes
conseils scientifiques pertinents.

A Jérôme DESPLANS
Merci pour ta disponibilité infaillible, tes conseils avisés, ton aide et ton soutien technique lors des
manipulations de microarray.

A Lionel ALMERAS
Merci pour l’excellente collaboration que nous avons initiée sans laquelle cette thèse ne serait ce qu’elle est. pour ton aide, pour m’avoir fait patiemment partager ton expérience de la protéomique. Ta rigueur
scientifique, tes critiques constructives pour la rédaction des articles forcent mon admiration. Pour ta
précieuse contribution à ce travail, je t’en suis très reconnaissante.

Remerciements
A toute l'équipe des laboratoires du CIML et du CAPM
Un grand merci pour votre soutien technique, votre disponibilité et votre sympathie.

A Elisabeth
Il me tient à cœur de remercier l’ancienne « Elisabeth », qui m’a transmis son savoir et sa sagesse, et fait
partager sa bonne humeur, son enthousiasme, son humanité. Merci pour ton soutien dans les moments
difficiles et tes encouragements permanents, ton « dos à dos » m’a accompagné dans la rédaction de cette
thèse. Ta grande rigueur technique et tes « anciens » mais précieux conseils font mon admiration. Pour nos
discussions toujours agréables, « sur tout, sur rien », mais génératrices d’amitié. Je t’en suis profondément
reconnaissante.

A deux MITHA hors-pair
Merci Nicolas et Julien pour votre disponibilité et vos marques de sympathie.

A Joël et Eric
Merci pour votre enseignement de la culture parasitaire, vos apéros et repas partagés toujours dans
l’excellente humeur.

A Hervé
Merci pour ta disponibilité, ton soutien et tes questions originales mais pertinentes.

A Maud
Merci pour ton déplacement depuis Londres pour assister à ma soutenance, tes paroles réconfortantes et ton
amitié.

A tous les membres et ex-membres des unités de Parasitologie
Merci, à ceux qui m’ont aidée et soutenue lors de cette thèse. J’ai profité pleinement de vos échanges, de vos
compétences et de votre sympathie.

Aux services Administratifs
Merci pour vos précieux soutiens.

A ma famille et Amis
Mille mercis à toute ma famille et amis dont la fierté à mon égard m’honore.

A mes parents
Je dédie cette thèse à mes parents que je remercie profondément. Vous m’avez toujours épaulé et permis de
faire de longues études dans les meilleures conditions possibles. Je n’en serais pas là aujourd’hui si vous ne
m’aviez pas constamment soutenue. Merci pour m’avoir laissé libre de mes choix, pour les valeurs que vous
m'avez transmises, pour votre confiance et votre soutien.

A Nicolas, mon mari
Merci d’être venu me rejoindre à Marseille, pour ton dévouement exemplaire et ta compréhension ; pour ton
support moral de tous les jours, pour m’entourer de tout ton amour. Merci pour avoir accepté de me suivre
dans cette aventure et de respecter mes choix.

A ma petite Marie
Un énorme bisou à ma fille qui a laissé travailler sa maman et qui a eu beaucoup de patience les soirées
retenues au laboratoire. Merci d’illuminer ma vie de tes sourires, de ton humeur et de me donner ton amour
sans limite.


! Sommaire
Sommaire
Préambule ………………………….…………………………………..……………………10
1. Bref historique du paludisme …………………………………………….………10
2. Les technologies à grande échelle ………………………………………….…….12
3. Enjeu du projet de thèse ………...……………………………………..…...…….14
Introduction ..…………………………………………………………..……………………15
1. Le paludisme à Plasmodium falciparum …………….……………..………. ......16
1.1. Fléau mondial ………………………………………..…………….....16
1.2. Les signes cliniques du paludisme ……………….……………...…...17
1.3. Eradiquer le paludisme …………………………………………….....18
1.3.1. Les molécules antipaludiques …………………………...…..18

2. La biologie de Plasmodium falciparum …………………………………..….......20
2.1. Classification phylogénétique, un protiste du phylum Apicomplexe .20
2.2. Cycle biologique de Plasmodium falciparum ……………….….....23
2.2.1. La phase exogène sexuée chez l’anophèle ….………………23
2.2.2. La phase hépatique (schizogonie pré- ou exo-érythrocytaire)
chez l’homme ….……….…………………………..………24
2.2.3. La phase intra-érythrocytaire (schizogonie érythrocytaire)
chez l’homme ………….......................................................24
2.2.4. La gamétocytogénèse ………………………………………...26

3. Stress oxydatif chez Plasmodium falciparum ………………...…………..……..27
3.1. Source endogène de ROS, métabolisme parasitaire ……….…………..27
3.1.1. La vacuole digestive.………………………………..…….…..27
3.1.2. La mitochondrie plasmodiale…….…….……..………….……28
Revue : “Microaerophilic respiratory metabolism of Plasmodium
falciparum mitochondrion as a drug target” ………....29
3.2. Source exogène de ROS, les différentes pressions partielles d’oxygène
dans la circulation sanguine ……………………………...……….…..48
Objectifs ………………………………………………………………..………………..…..51
Résultats ………………………………………………………………..………………..…..53
Article 1. : “Influence of oxygen on asexual blood cycle and susceptibility of
Plasmodium falciparum to chloroquine : requirement of a standardized in vitro assay” ….53
Article 2. : “Adaptation of Plasmodium falciparum to hyperoxia exposure :
a combined transcriptomic and proteomic approach…………...………………………….....66
Article 3. : “Proteomic analysis revealed alterations of the Plasmodium falciparum
metabolism following salicylhydroxamic acid exposure” …………….…………..………..110
"Sommaire
Discussion et Perspectives ………..…………………………………..………………….143
Références bibliographiques ……….………………………………..……………………149
Publications …………………………………………………………..…..………………..159
Publications dans le cadre de cette thèse……………………………..……………..160
Publications dans le cadre de travaux antérieurs…...……………………...………..161
Congrès et Présentations dans le cadre de cette thèse …………………….………..162
Annexes ………………………………………………………………..………….………..163
Additional Files de l’article 2 ……………………………………………….………164
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