Plasmodium falciparum, Ribosome, Paludisme, Épigénétique, Transcriptome, Métabolisme, RRNA

Au cours de son cycle de vie complexe, Plasmodium falciparum, le parasite responsable du paludisme, navigue à travers des environnements très différents, en passant du moustique anophèle à l'hôte humain. Une illustration frappante de l'évolution adaptative à ce mode de vie est l'expression d'ARN ribosomiques (ARNr) distincts et nettement divergents. En effet, cinq unités d'ADNr sont codées au niveau des subtélomères de différents chromosomes du parasite. Deux d'entre eux sont principalement exprimés chez l'hôte humain, tandis que les trois autres sont principalement exprimés chez le moustique. Les ARNr de type A (A1 et A2) sont exprimés au stade asexué et au cours de la gamétocytogenèse chez l'humain, tandis que les ARNr de type S sont exprimés aux premiers stades de développement dans le moustique (S1) et dans les sporozoïtes (S2 et S3). Bien que cette forte hétérogénéité des ribosomes soit connue depuis près d'un demi-siècle, les mécanismes qui régissent l'expression de ces différents ARNr restent majoritairement inconnus. Dans cette étude, nous montrons que lors du développement intraérythrocytaire de P. falciparum, les loci d'ADNr de type S sont sous forme d'hétérochromatine, tandis que la transcription d'ARNr se produit à partir des loci d'ADNr de type A. Ces deux loci actifs sont enrichis en H4K16ac, et leur forte expression entraîne une importante diminution de leurs interactions moléculaires avec le reste du génome. Ceci a été démontré en utilisant une technique de séquençage à haute résolution permettant de déterminer la conformation du génome. De plus, nous montrons que l'expression des ARNr dépend de la présence de HMGB1/2, un orthologue du facteur de transcription nucléolaire humain, crucial pour le recrutement de l'ARN Polymérase I. Nous avons soumis les parasites à de basses températures pour induire l'expression des ARNr réprimés lors des phases intraérythrocytaires, ce qui a entraîné une augmentation des ARNr S2/S3. Afin de comprendre l'influence de la température sur l'expression des ARNr, nous avons étudié le transcriptome et identifié la nicotinamidase comme l'une des enzymes les plus réprimées à basse température. Cette enzyme étant cruciale pour la régénération de NAD+, nous avons étudié le métabolome du parasite et observé une réduction en NAD+ intracellulaire à basse température, ce qui suggère que NAD+ a un rôle clé pour la régulation de l`expression des ARNr. En outre, en utilisant un knockdown de la nicotinamidase, nous avons démontré qu'une diminution des niveaux intracellulaires de NAD+ entraîne l'expression des ARNr S2/S3. Ce changement métabolique affecte l'histone désacétylase Sir2a, qui traduit les changements métaboliques au niveau de la chromatine et est dépendante du NAD+. Nous avons utilisé une approche génétique de ligation par proximité permettant de mettre en évidence les interactions entre Sir2a et l'ADN. Cette méthode nous a permis de montrer que Sir2a se lie spécifiquement aux loci d'ADNr. D'autre part, nous avons confirmé qu'un knockout de Sir2a entraîne l'activation de l'ADNr S2/S3. Enfin, nous suggérons que cette transition est liée au changement naturel de source d'énergie au cours du cycle de vie du parasite: de la fermentation (lors du développement intraérythrocytaire) vers le cycle de Krebs (dans les stades de vie chez le moustique). En effet, la fermentation, opérée par la LDH est un processus associé à des niveaux élevés de NAD+ alors que le cycle de Krebs dans la mitochondrie est lié à des niveaux plus faibles de NAD+. Nous avons également confirmé qu'un knockdown de la LDH entraîne une baisse des niveaux de NAD+ et une augmentation de l'expression des ARNr S2/S3. Dans l'ensemble, notre approche intégrative montre que l'expression des différents ARNr chez Plasmodium est déclenchée par la variation naturelle des niveaux de NAD+ chez le parasite et orchestrée par des enzymes dépendantes du métabolisme permettant le remodelage de la chromatine.