Cartographie de la diversité des trypanosomes africains à l'aide de la protéomique spatiale à haute résolution
Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 4401 (2023) Citer cet article
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Les trypanosomes africains sont dix parasites eucaryotes qui imposent un fardeau important en matière de maladies humaines et vétérinaires en Afrique subsaharienne. La diversité entre les espèces et les étapes du cycle de vie est concomitante à des tropismes distincts en matière d'hôtes et de tissus au sein de ce groupe. Ici, les protéomes spatiaux de deux espèces de trypanosomes africains, Trypanosoma brucei et Trypanosoma congolense, sont cartographiés à travers deux stades de vie. Les quatre ensembles de données résultants fournissent la preuve de l’expression d’environ 5 500 protéines par type cellulaire. Plus de 2 500 protéines par type cellulaire sont classées dans des compartiments subcellulaires spécifiques, fournissant ainsi quatre protéomes spatiaux complets. L'analyse comparative révèle les principales voies d'adaptation des parasites à différentes niches biologiques et donne un aperçu des bases moléculaires de la diversité au sein et entre ces espèces pathogènes.
Les kinétoplastidés sont des eucaryotes unicellulaires flagellés qui comprennent d'importants parasites des humains, du bétail et des espèces de plantes cultivées et sont généralement transmis par des invertébrés. Dans cette classe se trouvent les trypanosomes africains, qui infectent collectivement une gamme de mammifères et provoquent la trypanosomiase africaine humaine et animale. La majorité des recherches caractérisant les trypanosomes africains ont été réalisées avec Trypanosoma brucei ; en partie parce que deux sous-espèces sont infectieuses pour l'homme, mais aussi à cause de la relative facilité de la culture in vitro et de la manipulation génétique de cette espèce. T. brucei a été étudié en tant que parasite, mais également en tant qu'organisme modèle divergent, présentant des caractéristiques biologiques eucaryotes d'intérêt à la fois bien conservées et non canoniques. Les espèces apparentées, Trypanosoma congolense et Trypanosoma vivax, sont les principaux agents responsables de la trypanosomiase bovine. Malgré leur importance vétérinaire, beaucoup moins de recherches ont été menées sur ces espèces1. Différentes espèces de trypanosomes africains ont des caractéristiques cellulaires et infectieuses distinctes, mais la base moléculaire d’une grande partie de celles-ci est inconnue2,3,4,5.
Les trypanosomes africains sont exposés à une gamme d'environnements externes différents au cours de leur cycle de vie et les parasites font la différence entre une série de stades de vie qui sont chacun adaptés pour la croissance et la survie dans leur environnement actuel ou pré-adaptés pour le prochain6. Chaque étape de la vie est basée sur une architecture cellulaire à noyau polaire commune, hautement organisée, avec un seul flagelle et une collection d'organites à copie unique et multiple. Les tailles relatives, les positions et la teneur en protéines des organites varient selon les stades de la vie. Comme dans toutes les cellules eucaryotes, la localisation subcellulaire d'une protéine dans les trypanosomes définit non seulement l'environnement biochimique de cette protéine, mais également le potentiel d'interactions moléculaires. La fonction des protéines est donc intimement liée à leur localisation.
Il existe deux approches principales pour déterminer la localisation des protéines dans une cellule : la microscopie et la protéomique. La microscopie permet une résolution précise de localisations spécifiques ; peut détecter une variation entre les cellules au sein d’un échantillon ; et peut facilement identifier des protéines localisées sur plusieurs sites, bien qu'elles puissent souffrir d'artefacts de marquage ou d'expression inappropriée. En raison de la nécessité d’obtenir un anticorps spécifique d’une protéine ou de manipuler génétiquement la protéine d’intérêt, la microscopie est généralement limitée à un petit nombre de protéines par étude. Les analyses au microscope à l’échelle du protéome constituent des ensembles de données riches et précieux, mais des efforts non triviaux et chronophages qui sont jusqu’à présent limités à quelques espèces : Saccharomyces cerevisiae7, Humains8 et T. brucei9.
La protéomique spatiale, basée sur l'isolement ou l'enrichissement d'organites suivi par spectrométrie de masse (MS), permet l'identification de protéines enrichies dans des emplacements subcellulaires spécifiques - généralement sans nécessiter de modification génétique. Ces méthodes se sont révélées très efficaces pour révéler les protéines résidant dans les organites ou les structures des trypanosomatides, telles que les mitochondries, les glycosomes, le flagelle et le noyau 10,11,12,13,14. Les méthodes basées sur la MS à haut débit peuvent désormais être utilisées pour localiser systématiquement des milliers de protéines dans une seule expérience pour plusieurs conditions, états ou types de cellules15,16,17,18,19,20,21,22. De telles méthodes incluent hyperLOPIT (localisation hyperplexée de protéines organelles par marquage isotopique)16,23. Il s’agit d’une approche protéomique quantitative grâce à laquelle une carte spatiale du protéome peut être résolue sans avoir besoin d’isoler des organites individuels grâce à l’application d’algorithmes d’apprentissage automatique24,25,26,27. HyperLOPIT et les méthodologies LOPIT associées ont été utilisées pour générer des cartes spatiales des types de cellules de mammifères, d'insectes, de levures, de plantes et de protozoaires16,21,28,29,30,31,32.