Le projet SPARk met en lumière le processus de différenciation sexuelle chez le P. falciparum

Le Plasmodium falciparum, la forme la plus mortelle de la maladie, est responsable de plus de 75 % des cas de paludisme en Afrique. Mais ce qui fait particulièrement sa réputation au sein de la communauté scientifique, ou plutôt ce qui intrigue à son propos, c’est son cycle de vie complexe: durant les 14 jours qui suivent une piqûre par un moustique femelle Anopheles infecté, les parasites de la phase hépatique se différencieront et subiront une multiplication asexuée. Des dizaines de milliers de mérozoïtes jailliront alors des hépatocytes et envahiront les globules rouges.

Alors que certains de ces mérozoïtes se divisent en schizontes, d’autres prennent la forme sexuelle des gamétocytes mâles et femelles ingérés par les moustiques femelles Anopheles durant leur repas de sang. Bien que ce processus soit connu, les mécanismes de transformation du parasite en phases spécialisées capables de développement sexuel sont toujours incompris.

Ayant étudié la gamétocytogénèse à l’École de santé publique de Harvard, le Dr Kathrin Buchholz a réalisé une percée en identifiant des voies qui se régulent positivement au début de la différenciation sexuelle. Elle a ainsi constaté que quatre gènes impliqués dans différents aspects de la régulation génique post-transcriptionnelle étaient fortement régulés positivement. Elle a dès lors approfondi l’analyse de cet aspect de la biologie du gamétocyte grâce au financement au titre du projet SPARk (Adding Pieces to the Puzzle of Sexual Differentiation In P. falciparum: A Systematic Analysis of RNA Processing).

Tandis que le projet touche à sa fin, le Dr Kathrin Buchholz a accepté d’aborder son approche et la manière dont ses recherches pourraient contribuer à améliorer les conditions sanitaires dans les pays où le paludisme est endémique.

Pourquoi l’étude de la transformation du parasite en gamétocytes est-elle si importante?

Les antipaludéens les plus couramment utilisés ciblent l’étape du parasite responsable des symptômes et de la mortalité de la maladie, c’est-à-dire la phase de reproduction asexuée des parasites. Mais les parasites responsables de l’achèvement du cycle de vie chez les moustiques vecteurs sont les gamétocytes. Pour lutter contre le paludisme à l’échelle mondiale, il est nécessaire d’intégrer des stratégies d’intervention contre les gamétocytes, étant donné qu’ils représentent les étapes responsables de la propagation de la maladie. Avec ce projet, nous espérons jeter les bases de nouvelles stratégies d’intervention visant à bloquer la transmission.

Quelles lacunes en matière de connaissances entendiez-vous particulièrement résorber et pourquoi?

Les différentes étapes du gamétocyte s’accompagnent de différents profils d’expression génétique propre à la phase sexuée. Ces dernières années, notre compréhension de l’engagement dans le cycle sexué et de la biologie des gamétocytes s’est affinée. C’est particulièrement le cas en ce qui concerne la compréhension des mécanismes moléculaires menant à l’engagement dans le cycle sexué.

Toutefois, il reste encore de grandes lacunes à combler en matière de connaissances, notamment concernant la manière dont les stimuli externes se traduisent en engagement dans le cycle sexué chez le Plasmodium et favorisent les processus moléculaires en aval, après l’engagement mais assez rapidement dans le cycle de vie sexuelle du Plasmodium. Grâce au projet SPARk, je souhaitais mieux comprendre ces événements précoces.

Comment avez-vous procédé pour ce faire?

Afin d’obtenir plus d''informations sur l’importance des gènes sélectionnés dans ce projet de différenciation sexuelle chez le Plasmodium, j’ai utilisé des techniques de knock-down.

Ce que l’on nomme système de domaine déstabilisant (DD) permet de réguler les niveaux de protéines. Les protéines couplées à un DD devraient rapidement se dégrader en l’absence d’un ligand, et se stabiliser en sa présence. Des lignées de parasites transgéniques ont été générées et ajoutent ce domaine aux gènes qui m’intéressaient.

Un grand avantage de ce système est qu’il jette une base solide pour les futures interventions pharmacologiques. Ce type de méthode permet de choisir les gènes présentant un phénotype important lors d’une réduction de 70 à 80 % du niveau de protéines (chaque gène présentera son propre niveau). Ces niveaux peuvent également être atteints plus tard suite à une intervention pharmacologique.

Selon vous, quelles ont été vos plus importantes découvertes?

SPARk entendait analyser minutieusement les fonctions de quatre gènes lors du développement sexuel. Nous avions anticipé que tous les gènes avaient des fonctions de contrôle de l’expression génétique. Il semble pour le moment que deux des quatre gènes ont un important phénotype avec un nombre globalement réduit de gamétocytes. Toutefois, étant donné que les approches de génétique inverse du Plasmodium prennent beaucoup de temps et peuvent être sujettes à des difficultés techniques, nous sommes en plein processus de vérification de ces découvertes.

Quel genre de nouveaux traitements pourrait amener ce projet?

Il existe un médicament approuvé qui fait partie de la recommandation de l’OMS pour traiter le paludisme et qui s’apparente à un composé gamétocide: la primaquine. Cependant, l’utilisation de ce médicament est freinée en raison d’effets secondaires, et il ne convient pas à tous les groupes de patients.

C’est pourquoi il est urgent de développer un médicament ciblé contre les gamétocytes du P. falciparum. Si nous pouvions décrire les gènes ayant une importance confirmée pour le développement des gamétocytes du Plasmodium, nous pourrions poursuivre en développant de nouveaux inhibiteurs. La protéine recombinante de ce gène validé pourrait ensuite être exprimée par recombinaison, un essai compatible à haut débit pourrait être mis au point, et des inhibiteurs pourraient être dépistés. Idéalement, un inhibiteur spécifique agirait de manière isolée sur la cible validée.

En plus de traitements potentiels, quels résultats attendez-vous de ce projet?

Outre le potentiel de ce projet pour mener aux objectifs validés de développement rationnel d’un médicament, nous espérons mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui surviennent durant le développement sexuel des parasites du paludisme. Spécifiquement, nous espérons décrire de nouveaux mécanismes qui pourraient améliorer nos connaissances sur la manière dont les parasites Plasmodium orchestrent des permutations génétiques complexes et modulent la réponse cellulaire aux signaux de développement.

Envisagez-vous une étude de suivi?

Oui, les prochaines étapes consisteront à poursuivre la stratégie définie pour le développement rationnel d’un médicament, en recourant, par exemple, à des protéines recombinantes et au dépistage d’inhibiteurs. En outre, nous essaierons également de mieux comprendre l’importance de ces gènes au niveau moléculaire. Enfin, le projet a servi à mettre en place les méthodologies nécessaires, et j’ai déjà intégré plus de gènes (par exemple, des enzymes métaboliques) dans les travaux à réaliser.