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Título: «Leishmania» parasites and the host macrophage: Interaction via secretion
Autores: Hassani, Kasra
Fecha: 2012
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Biology - Microbiology
Descripción: Protozoan parasites of genus Leishmania are the causative agents of leishmaniasis. Utilizing potent immune evasion and immune modulation mechanisms, Leishmania are able to render the host macrophage inactive and live inside its phagolysosome. Studies on the different functions of secreted vesicles, especially exosomes, which are secreted vesicles of less than 100nm in size, have now established them as an important route for cell-cell communication, in both homeostasis and pathogenesis. In this thesis, we evaluated the role of the exoproteome and exosomes in the host-parasite interactions of Leishmania. We observed that protein and exovesicle release is augmented in Leishmania mexicana following temperature shift (TS), a condition mimicking parasite's entry into its mammalian host. We next showed that TS-induced exoproteome of L. mexicana has various inhibitory properties such as induction of protein tyrosine phosphatase (PTP) activity, and inhibition of nitric oxide (NO) production. Having seen the augmentation in vesicle release in response to TS, we next specifically examined the immune modulation by Leishmania exosomes, which are secreted vesicles of smaller than 100nm in size. We compared the immunomodulatory properties of parasites and exosomes knocked out (KO) for GP63, a critical virulence factor of Leishmania, with their wildtype (WT) Leishmania major counterparts. Looking at PTPs, transcription factors, gene expression and also in vivo inflammatory recruitment, we observed that absence of GP63 results in a stronger inflammatory response to both L. major parasites and exosomes. Especially, we observed downregulation of expression of many immune receptors and adaptors following L. major infection. Also, we found WT and KO exosomes to have drastic differences in their protein content, suggesting a novel role for GP63 in exosomal protein sorting. Finally, we investigated the effect of Leishmania infection on exosome release by macrophages. For this purpose, we performed comparative proteomic analyses of exosomes released from nontreated macrophages, LPS-stimulated macrophages and L. mexicana¬-infected macrophages. We observed that Leishmania infection and LPS stimulation induce similar and also distinct alterations in the sorting of different protein functional groups into exosomes, especially those associated with the plasma membrane. These alterations can potentially change the effector functions as well as targeting of exosomes. Consequently, we observed that these exosomes differentially induce signaling molecules such as MAP Kinases in naive macrophages. Overall, we provide a new insight on the role of exosomes in the Leishmania host-parasite interactions, especially in the establishment of infection. We also expanded the understanding of the immune modulation mechanisms by Leishmania GP63. Our results deepen the knowledge regarding leishmaniasis and pave the way for development of new therapeutics.
Les protozoaires parasites du genre Leishmania sont les agents causatifs de la leishmaniose. Par l'utilisation efficace de mécanismes d'évasion immune et d'immunomodulation, Leishmania est capable d'inactiver les macrophages de l'hôte pour ensuite croître à l'intérieur de leurs phagolysosomes. Plusieurs études portant sur les différentes fonctions des vésicules de sécrétion et particulièrement sur les exosomes, des vésicules sécrétées de moins de 100 nm, ont démontré l'importance de ceux-ci dans la communication intercellulaire, tant en période d'homéostasie que lors d'épisodes pathologiques. Dans le cadre de ce projet de doctorat, nous avons évalué le rôle de l'exoprotéome et des exosomes dans les interactions hôte-parasite au cours de l'infection à Leishmania. Nous avons observé que, suite à un changement de température, une condition qui s'apparente à l'entrée du parasite chez son hôte, la relâche de protéines et d'exovésicules par Leishmania mexicana augmente. Nous avons par la suite démontrée que l'exoprotéome de L. mexicana induit par le changement de température possède de nombreuses propriétés inhibitrices dont l'induction d'une activité tyrosine phosphatase et l'inhibition de la production oxyde nitrique. Compte tenu de l'augmentation de la relâche de vésicules observée dans nos conditions expérimentales, nous avons ensuite étudié spécifiquement l'immunomodulation induite par les exosomes de Leishmania. Ainsi, nous avons comparé aux souches sauvages, les propriétés immunomodulatrices de parasites et d'exosomes où le gène codant pour la protéine GP63, un important facteur de virulence de Leishmania, a été inactivé. En examinant les protéines tyrosines phosphatases, les facteurs de transcription, l'expression de gènes et le recrutement de facteurs inflammatoires in vivo, nous avons constaté que l'absence de GP63 résulte en une plus forte réponse inflammatoire tant pour les parasites que pour les exosomes. Plus particulièrement, suite à l'infection à Leishmania, nous avons noté une diminution de l'expression de plusieurs récepteurs et adapteurs immuns. Nous avons aussi observé d'importantes différences entre la composition protéique des exosomes de type sauvage et ceux déplétés en GP63, ce qui suggère un nouveau rôle de cette protéine dans l'assemblage des protéines exosomales. Finalement, nous avons étudié les effets de l'infection à Leishmania sur la relâche d'exosomes par les macrophages. Pour ce faire, nous avons procédé à une analyse protéomique comparative des exosomes relâchés par des macrophages non infectés, des macrophages stimulés aux lipopolysaccharides et des macrophages infectés par Leishmania. Nous avons constaté que l'infection à Leishmania et la stimulation aux lipopolysaccharides pouvaient induire des altérations tant similaires que distinctes dans la composition des différents groupes fonctionnels de protéines formant les exosomes, en particulier, ceux associés à la membrane plasmique. Ces altérations pourraient modifier les fonctions effectrices ainsi que le ciblage aux exosomes de ces groupes protéiques. Par conséquent, nous avons observé que ces exosomes induisaient différemment les molécules de signalisation telles que les MAP kinases chez les macrophages naïfs. L'ensemble des résultats obtenus nous donne une idée plus claire du rôle joué par les exosomes dans les interactions hôte-parasite au cours de l'infection à Leishmania. Notre étude a aussi permis une meilleure compréhension des mécanismes immunodulateurs de la protéine GP63 de Leishmania. Notre étude nous a ainsi permis d'approfondir les connaissances de la leishmaniose, ce qui ouvre la voie au développement de nouvelles thérapies.
Idioma: en