Parasite and host-cell interactions : Characterization of new effector proteins used by Toxoplasma gondii to interfere with host signaling pathways

Toxoplasma gondii est un parasite intracellulaire et obligatoire. Ce protozoa est un des parasites les plus successifs qui infectent tous les animaux à sang chaud, y compris l’humain. Ce succès est probablement à cause de la sécrétion d’une des séries de protéines effectrices, qui sont impliquées dans la modulation des voies de signalisation de la cellule hôte. Cette modulation permet aux parasites d’établir une infection chronique qui dure un long terme, et qui favorise leur transmission à un nouvel hôte. Dans cette étude, nous avons identifié un nouvel effecteur dérivé par la granule dense, appelé GRA18, qui est sécrété dans le cytoplasme de cellule hôte par les tachyzoites intracellulaires. La mutation de gra18 résulte une diminution de virulence chez les parasites de type II, qui suggère l’importance de GRA18 dans la pathogénicité de ce parasite. Afin d’étudier le mécanisme d’action de GRA18, nous avons effectué un criblage à haut-débit d’une librairie humaine chez la levure. Ce criblage nous permet d’identifier β-catenin, GSK3α/β, and PP2A-B56, ce qui sont tous les régulateurs bien connus dans la voie de signalisation canonicale de Wnt. Nous avons confirmé l’intéractome de GRA18 par l’approche biochimique. La surexpression de GRA18 induit l’accumulation de β-catenin dans le noyau de la cellule hôte, aussi que l’induition de gènes régulés par la signalisation de Wnt. Ces effets indiquent GRA18 joue un rôle de régulateur positif de β-catenin. A part de son rôle dans la prolifération, polarisation et la différentiation de cellule, β-catenin est également un facteur de transcription connu pour contrôler la réponse immunitaire et l’inflammation. L’analyse transcriptomique en comparant les macrophages dérivés par la moelle osseuse (BMDM) infectés par le sauvage (WT) et le gra18 mutant parasites confirme un rôle possible de GRA18, la modulation d’expression génique de cellule hôte, surtout ceux qui codent pour les chemokines. Cette régulation est ensuite confirmée par l’ELISA. L’hypothèse possible est que Toxoplasma sécrète GRA18 dans la cellule hôte afin de réguler positivement la production de chemokine reliée à la réponse de Th2, qui par contre atténue la réponse inflammatoire de l’hôte. Cette modulation augmente la chance de dissémination et la persistance de ce parasite par la formation de kyste.Toxoplasma gondii, the obligate intracellular protozoan parasite, is one of the most successful pathogen that infects virtually all warm-blooded animals including humans. This success of the infection is likely due to its perfect ability to modulate numbers of host signaling pathways through the effector proteins, including those involved in immune responses. This modulation allows the parasite to establish a long-term chronic infection without causing severe symptom in the hosts, which facilitates its transmission to the new hosts. In this study, we identified GRA18, as a novel dense granule derived effector protein that is secreted into the cytoplasm of the host cell by the intracellular tachyzoite. GRA18 deficiency in type II strains attenuated the parasite virulence in mice model, suggesting the importance of GRA18 in the parasite pathogenesis. In order to investigate the mechanism of action of GRA18, we first performed a high-throughput two-hybrid screen of a human library in yeast that led to the identification of β-catenin, GSK3α/β, and PP2A-B56, all which are well known regulators of the canonical Wnt signaling pathway. We then validate the GRA18 interactome by biochemistry approach. The overexpression of GRA18 triggers the accumulation of β-catenin in the host cell nuclei as well as the induction of known canonical β-catenin target genes indicating that GRA18 is acting as a positive regulator of β-catenin. Besides its role in cell proliferation, polarization and differentiation, β-catenin is also a well-known co-transcription factor with important function in the control of inflammation and other immune responses. Transcriptomic analysis comparing mouse bone marrow–derived macrophages infected by wild type and GRA18-dificient parasite confirmed a possible role of GRA18 towards host gene expression and likely those encoding chemokines, which is further confirmed by ELISA experiments. An attractive hypothesis is that Toxoplasma delivers GRA18 to the host cell in order to regulate Th2-related chemoattractant chemokines, which in turn, dampens host inflammatory response leaving more chance for the parasites to disseminate and to cause the long-term persistence by forming the cyst