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An integrated approach to elucidate the molecular mechanisms governing host cell invasion and egress by the Apicomplexa

English title An integrated approach to elucidate the molecular mechanisms governing host cell invasion and egress by the Apicomplexa
Applicant Soldati-Favre Dominique
Number 185325
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Dépt Microbiologie et Médecine Moléculaire Faculté de Médecine Université de Genève
Institution of higher education University of Geneva - GE
Main discipline Experimental Microbiology
Start/End 01.04.2019 - 31.03.2023
Approved amount 1'099'460.00
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Keywords (9)

proteases; Myosins; Invasion; egress; F-actin; proteolytic processing ; Motility; Apicomplexa; Attachment

Lay Summary (French)

Lead
Les apicomplexes regroupent des protozoaires pathogènes mettant en danger la vie des êtres humains et des animaux. La survie et la dissémination de ces parasites intracellulaires obligatoires reposent sur leur capacité à envahir et sortir activement des cellules hôtes.
Lay summary

 Une approche intégrée pour élucider les mécanismes moléculaires régissant 

L’invasion de cellules hôtes par le Toxoplasme

Le Toxoplasme sécrète via des organelles spécialisées et de façon séquentielle, un arsenal de protéines qui notamment agissent en tant que perforines, adésines, protéases ou kinases. Les perforines participent de manière critique à la lyse de la membrane vacuolaire parasitophore et de la membrane plasmique de l'hôte, alors que les adésines sont impliquées et dans la motilité glissante, l'attachement et l'invasion des cellules hôtes. Le contact étroit avec la cellule hôte déclenche la décharge du contenu des rhoptries qui comprends des protéines (RON et ROP) ainsi que du matériel membranaire qui contribuent à la subversion des fonctions cellulaires de l’hôte et à la formation de la membrane parasitophore, respectivement.

 Contenu et objectifs du travail de recherche
L'objectif de cette étude vise à décrypter comment l'assemblage spatio-temporel du complexe responsable de la motilité glissante et la mobilisation du contenu des organelles de sécrétion sont orchestrées. Le plan de recherche abordera trois questions spécifiques qui devraient conduire à une meilleure compréhension moléculaire de l'action concertée d'un ensemble d'événements complexes culminant avec l'établissement de l'infection.

Sous-projet A Comment les complexes d’adésines parasitaires couplées aux récepteurs d’hôte sont-elles connectés au système actomyosine pour actionner la motilité ? Nous proposons d’élucider la relation entre la structure et la fonction du connecteur associé au glidéosome (CAG) avec ses partenaires : les domaines cytosoliques des adésines, l’acide phosphatidique et l’actine filamenteuse

Sous-projet B Comment la méthylation de la lysine régit-elle la motilité et l'invasion ? Nous proposons de déterminer le méthylome de la lysine méthyltransférase apicale (AKMT) et d’identifier les protéines méthylées impliqués dans le recrutement apical de GAC et dans la génération de flux de F-actine durant la motilité.

Sous-projet C Comment la protéase aspartique 3 (ASP3), qui joue le rôle de maturase pour les adésines et les RON / ROP est-elle impliquée dans la décharge des rhoptries ? Nous proposons de caractériser TAILS8, une kinase présente dans les rhoptries, protéolitiquement maturée par ASP3 et essentielle à la décharge des rhoptries. Le phosphosprotéome de TAILS8 dévoilera la ou les protéines phosphorylées et responsables du phénotype à déchiffrer. Cette kinase constitue une nouvelle cible thérapeutique potentielle qu’ il faudra explorer.

Valeurs attendues Les résultats seront pertinents pour les domaines suivants: biologie cellulaire de base, microbiologie et parasitologie. À terme, ils pourront conduire à l’identification de nouvelles cibles ou stratégies d'intervention contre ces pathogènes humains et animaux importants.

Direct link to Lay Summary Last update: 12.04.2019

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
166678 An integrated approach to elucidate the molecular mechanisms governing host cell invasion by the Apicomplexa 01.04.2016 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Background: The phylum of Apicomplexa groups life-threatening pathogens for humans and animals. Central to the survival and dissemination of these obligate intracellular parasites is their capacity to actively invade and egress from host cells. An arsenal of secretory proteins is sequentially discharged from specialized secretory organelles during egress (micronemes) and invasion (micronemes & rhoptries) that act notably as perforins, adhesins, proteases, or kinases. Micronemes secrete proteins (MICs) critically participate in the lysis of the parasitophorous vacuole membrane (PMV) and host plasma membrane, in gliding motility and in host cell attachment and invasion. Tight contact with host cell triggers the discharge of rhoptry content including proteins (RONs & ROPs) as well as membranous materials that contribute to the entry process by forming the moving junction (MJ) and the PVM and to the subversion of host cellular functions. Most invasive stages of the Apicomplexa share this unique form of gliding motility powered by an actomyosin system and which propels the parasites into host cell and across biological barriers. Remarkably the basic molecular machineries involved in parasite locomotion, host cell recognition, attachment and invasion are, to a large extent, conserved across the phylum.Personal contributions and working hypothesis: Studying preferentially Toxoplasma gondii, we have o identified and characterized key components of the gliding machinery “glideosome” as well as factors implicated in various aspects of the secretory organelles functions. The objective of this proposal is to decipher how the complex spatio-temporal assembly and dynamics of the glideosome and the release of rhoptry and microneme contents are orchestrated. The research plan will embark on four subprojects and making progress to address the four specific questions should lead to a better molecular understanding of the a concerted action of a complex set of events culminates with the establishment of infection.Specific aims: -Subproject A. How are the complexes of secreted parasite adhesins/host receptor connected to the actomyosin system to power motion? We propose to elucidate the structure-function relationships of the glideosome associated connector (GAC) with its interacting partners, MICs-tails, phosphatidic acid and F-actin.- Subproject B. How does lysine methylation of proteins govern motility and invasion? We propose to determine the methylome of the apical lysine methyltransferase (AKMT) and identify the methylated proteins implicated in the apical recruitment of GAC and in the generation of F-actin flux during motility. - Subproject C. How is the asparyl protease 3 (ASP3), which acts as maturase for MICs and RONs/ROPs, implicated in rhoptry discharge? We will characterize in depthTAILS8, an ASP3 substrate and a unique organellar RON kinase essential for rhoptry discharge. The phosphosproteome of TAILS8 should unveil the phorsporylated protein(s) responsible for the phenotype to be dissected. Methodologies: This proposal combines reverse genetics with high-resolution imaging, biochemical and structural approaches (HDX-MS, NMR and CryoEM), global proteomes and imaging (live-video and super-resolution fluorescence microscopy, scanning/dual beam electron microscopy). This work benefits of outstanding collaborators and state-of-the art institutional core facilities. Expected values: The findings will be relevant to the fields embracing basic cell biology, microbiology and parasitology. Ultimately they can lead to the identification of new targets or strategies for intervention against these important human and animal pathogens.
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