Caractérisation structurale et régulation de l'activité de deux Polo-like kinases de Schistosoma mansoni (SmPlk1 et SmSak)

Abstract

La schistosomiase est l'infection helminthique humaine la plus importante en termes de morbidité et de mortalité dans de nombreux pays. L'émergence récente de cas de résistances à la seule drogue efficace contre le schistosome, le praziquantel (PZQ) fait de cette maladie une priorité pour l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) de rechercher de nouvelles cibles thérapeutiques. La ponte massive des oeufs (jusqu'à 300 oeufs par jour par femelle) est responsable de la transmission de la maladie par des parasites complexes trématodes mais aussi de toute la pathologie de la schistosomiase. Mon travail de Doctorat vise avant tout à déchiffrer les mécanismes complexes de la reproduction des schistosomes et à élucider les voies de signalisation qui régulent cette hyperfécondité, dont les acteurs moléculaires peuvent être des cibles évidentes pour le contrôle de la schistosomiase. Les kinases Polo sont des membres conservés de la famille des Polo-like kinases (Plks) qui sont impliquées dans la progression du cycle cellulaire. Actuellement, les Plks humaines constituent une cible importante dans les traitements anticancéreux de par leur expression aberrante dans les tumeurs et signent d ailleurs un mauvais pronostic. Sur la base de recherches in silico, nous avons caractérisé SmPlk1 (Schistosoma mansoni Plk1), homologue à la Plk1 humaine. SmPlk1 était principalement transcrit dans des stades de multiplication cellulaire intense et préférentiellement dans les organes reproducteurs des schistosomes adultes suggérant un rôle potentiel de SmPlk1 dans les processus de division. Nous avons montré que SmPlk1 possédait un rôle conservé dans la transition G2/M dans le modèle d ovocyte de Xénope. L inhibition dose-dépendante de l'ovogénèse et la spermatogénèse par le BI 2536, un inhibiteur spécifique des Plks, indiquait un rôle de SmPlk1 dans la multiplication et la différenciation des gamètes chez le parasite et suggérait que cette kinase pourrait être une nouvelle cible dans le traitement anti-schistosome. Parallèlement à ces travaux, une seconde Plk, SmSak, a été identifiée dont les résultats préliminaires ont montré une structure et des fonctions différentes de celles de SmPlk1 suggérant un rôle distinct de cette dernière. De plus, nous avons identifié un activateur potentiel de Plk, SmSLK (S. mansoni Ste20-like kinase) capable d'activer spécifiquement SmPlk1 dans des conditions d'activation particulières dépendant de deux mécanismes originaux, l'un dépendant des caspases et l'autre dépendant d'ARN anti-sens.Schistosomiasis is the most important helminthic infection in term of morbidity and mortality in many developing countries and represents the second parasitic disease to malaria. The evidence for praziquantel (PZQ) resistance, the only drug currently used to treat the disease, led the World Health Organization (WHO) to consider as a priority the finding of novel therapeutic targets. Egg production is responsible for disease transmission by complex trematodes parasites but also for the pathology of schistosomiasis. My PhD work contributes to a better understanding of the complex mechanisms that regulate schistosome reproduction. One particularity of schistosomes is that the sexual development of females requires a permanent contact with the male, allowing a level of fecundity exceptionally high. Therefore, the molecular mechanisms implied in this hyperfecundity are obvious targets for the control of schistosomiasis. Polo kinases are serine/threonine kinases, belonging to the Polo-like kinase family (Plks) whose members are conserved from yeast to mammals. During last years, human Plks have been extensively studied and considered as major targets for cancer because of their dramatic overexpression in proliferating cells and many tumors. In silico researches have led us to the characterization in S. mansoni, SmPlk1, homologous to human Plk1. SmPlk1 was abundantly transcribed in parasite stages containing germinal cells expected to undergo frequent cell divisions, and particularly in the reproductive organs of adult worms suggesting a potential role of SmPlk1 in division processes. We have shown that SmPlk1 induced resumption of meiosis in oocytes of Xenopus. Moreover, the specific Plk1- inhibitor BI 2536 used in clinical trials, induces morphological aberrations in reproductive organs and inhibits oogenesis and spermatogenesis in paired worms, indicating a role of SmPlk1 in gamete multiplication and differentiation in S. mansoni parasites and so the possibility that this kinase could be a novel potential target for schistosomiasis treatment. In parallel to this work, we recently identified a second Plk in S. mansoni, SmSak different for its structure and its functions, and notably its role in the centriole duplication. Moreover, we identified a potential activator of Plk, SmSLK (S. mansoni Ste-20 like kinase) able to activate specifically SmPlk1 in particular conditions. Indeed, two original mechanisms, one dependent on caspases and the other one dependent on antisense RNA, could regulate the kinase activity of SmSLK and therefore, the activity of SmPlk1.LILLE2-BU Santé-Recherche (593502101) / SudocSudocFranceF