Insights towards a better understanding and novel treatment modalities of Toxoplasmosis

Toxoplasma gondii est un parasite répandu, ayant un impact médical et vétérinaire. Chez les hôtes intermédiaires, les tachyzoïtes et les bradyzoïtes sont responsables de la toxoplasmose aiguë (TA) et chronique (TC), respectivement. Sous la réponse immunitaire, la TA évolue en TC, se manifestant par des kystes latents dans le cerveau et les muscles squelettiques. De plus, une forte corrélation existe entre la TC et plusieurs neuropathologies et cancers. Chez les patients immunodéprimés, la TC peut être réactivée et conduire à une maladie potentiellement fatale. Les traitements actuels ciblent principalement les TA, et présentent plusieurs effets secondaires. Nous nous sommes concentrés sur la TC et la compréhension de ses mécanismes moléculaires. Nous avons d’abord étudié l’efficacité de l’imiquimod contre la TA et la TC. Au cours de la TA, l'imiquimod a entraîné le recrutement de cellules T dans le péritoine et la rate de souris traitées et a considérablement diminué le nombre de kystes cérébraux lors de l'établissement de la TC. Remarquablement, le gavage de souris avec les kystes cérébraux restants chez des souris traitées à l'imiquimod n'a pas pu induire de TC. Après l'établissement de la TC, nous avons démontré que l'imiquimod réduisait considérablement le nombre de kystes cérébraux chez les souris chroniquement infectées et augmentait les récepteurs Toll-Like 11 et 12, qui se lient à une protéine du tachyzoïte, la profiline. Parallèlement, l’expression de TLR-7 augmentait, probablement par son agoniste, l'imiquimod. L'imiquimod induit une interconversion, comme l'indiquent la diminution du taux de protéine P21 et l'augmentation du taux de protéine P30, exprimées exclusivement et respectivement chez les bradyzoïtes et les tachyzoïtes. Les voies en aval de TLR-11/12 ont été activées via la voie MyD88 de signalisation, entraînant une induction ultérieure de la réponse immunitaire. In vitro, l'imiquimod n’affecte pas la souche Toxoplasma dépourvue de profiline, suggérant un rôle via le complexe Profilin/TLR-11/12. Enfin, le traitement par l'imiquimod a régulé positivement les transcrits des ligands 9 (CXCL9) et 10 (CXCL10), connus pour induire le recrutement de lymphocytes T dans des foyers réactivés du Toxoplasme afin d'éliminer l'infection.Ensuite, nous nous sommes concentrés sur les mécanismes moléculaires impliqués dans la TA et particulièrement dans la TC. Nous avons caractérisé P18, un membre de la superfamille SRS. Lorsque nous avons supprimé P18, la virulence était atténuée au cours de la TA, dû à un échappement plus rapide des tachyzoïtes du péritoine de souris, parallèle à un recrutement significatif de cellules dendritiques. De manière concomitante, moins de tachyzoïtes étaient détectés dans la rate, tandis que plus de parasites ont atteint le cerveau de souris infectées. L’élimination de P18 a augmenté le nombre de kystes de bradyzoïtes in vitro et dans le cerveau de souris infectées. Une expression induite de cytokines, notamment CXCL9 et 10, a également été observée. L’immunosuppression de souris KO P18 infectées a retardé la réactivation. L’infection orale de souris immunodéficientes ayant des macrophages fonctionnels a montré un prolongement de survie, contrairement aux souris n’ayant pas de macrophage, soulignant un rôle de l'IFN-g dans l’interconversion. Collectivement, ces données confirment le rôle de P18 dans la modulation de la réponse immunitaire, facilitant le passage des tachyzoïtes dans le cerveau et favorisant la formation de kystes. P18 joue également un rôle central dans la réactivation et la dissémination de parasites de manière dépendante de l'IFN-g. Dans l'ensemble, nous avons montré le potentiel thérapeutique prometteur de l'imiquimod contre la toxoplasmose et caractérisé le rôle de P18 dans l'immunomodulation afin de contrôler la dissémination et l'interconversion. Notre étude ouvre la voie à de nouvelles approches thérapeutiques contre la toxoplasmose, sa persistance et sa réactivation.Toxoplasma gondii is a prevalent parasite of medical and veterinary impact. In intermediate hosts, tachyzoïtes and bradyzoïtes are responsible for acute and chronic toxoplasmosis (AT and CT), respectively. In immunocompetent patients, AT evolves, due to the host immunity, into a persistent CT, which manifests as latent tissue cysts in the brain and skeletal muscles. CT correlates with several neuro-pathologies and cancers. In immunocompromised patients, CT may reactivate and poses a life threatening condition. Current treatments primarily target AT, are limited to general anti-parasitic/anti-bacterial drugs, and associate with several limitations. Here, we focused on targeting CT and understanding its molecular mechanisms. First, we explored the efficacy of Imiquimod against AT and CT. During AT, Imiquimod led to recruitment of T cells to peritoneum and spleen of treated mice and significantly decreased the number of brain cysts upon establishment of CT. Remarkably, gavage of mice with the remaining brain cysts from Imiquimod treated mice, failed to induce CT. Post-establishment of CT, we demonstrated that Imiquimod sharply reduced the number of brain cysts in chronically infected mice, and significantly increased Toll-Like Receptors 11 and 12. These TLRs are usually expressed by dendritic cells and monocytes, and bind a tachyzoïte actin-binding protein, profilin. Concomitantly, TLR-7 was upregulated, likely by its agonist Imiquimod. Imiquimod induced interconversion as documented by the decreased protein levels of P21, and increased protein levels of P30, exclusively expressed in bradyzoïtes and tachyzoïtes respectively. Pathways downstream from TLR-11/12 were activated, through MyD88 dependent TLR signaling, which resulted in subsequent immune response induction. In vitro, Toxoplasma strain lacking profilin, does not respond to Imiquimod, suggesting a role through Profilin/TLR-11/12. Finally, Imiquimod treatment upregulated the transcript expression levels of Chemokine (C-X-C motif) ligand 9 (CXCL9) and 10 (CXCL10), known to induce T cell recruitment to reactivated Toxoplasma foci to clear the infection.Then, we focused on molecular mechanisms involved in AT and notably CT. We characterized P18, a Surface-Antigen 1 (SAG-1) Related Sequence (SRS) superfamily member. When we deleted P18, the virulence was attenuated during AT. Indeed, P18 depletion led to a faster clearance of the parasites from the peritoneum of mice, paralleled by a substantial recruitment of dendritic cells, presumably a vehicle for tachyzoïte dissemination. Concomitantly, a lower number of tachyzoïtes was detected in the spleens while a higher number of parasites reached the brains of infected mice. P18 depletion increased the number of bradyzoïte cysts, in vitro and in the brains of infected mice. An induced expression of cytokines/chemokines, including CXCL9 and 10 was also observed. Immunosuppression of infected mice with KO P18, delayed reactivation. Oral infection of Severe Combined Immunodeficiency (SCID) (with IFN-g secreting macrophages), and NOD/Shi-scid/IL-2Rgnull (NSG) mice (lacking IFN-g), showed a significant prolonged survival in infected SCID but not NSG mice. This underlines a role for IFN-g in the conversion from bradyzoïtes to tachyzoïtes. Collectively, these data support a role of P18 in orchestrating the immune response, which ultimately facilitates tachyzoïte trafficking to the brain and favors cyst formation. P18 plays also a central role in parasite reactivation and dissemination in an IFN-g dependent fashion.Altogether, we showed the promising therapeutic potential of Imiquimod against toxoplasmosis and characterized P18 role in immunomodulation to control dissemination and interconversion. Our study paves the path towards new therapeutic approaches against toxoplasmosis. It tackled key questions pertaining to establishment, maintenance and reactivation of CT and should result in a comprehensive solution to this endemic disease