Soutenance de thèse de Xing ZHANG

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie-Santé - Spécialité Immunologie
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
facteurs de virulence,D. coniospora,l'immunité innée,entérotoxine,
Keywords
virulence factors,D. coniospora,innate immunity,enterotoxin,
Titre de thèse
Exploration de la virulence fongique à l'aide de C. elegans
Exploring fungal virulence using C. elegans
Date
Jeudi 24 Septembre 2020 à 14:00
Adresse
CIML – Centre d’Immunologie Marseille-Luminy Parc Scientifique et Technologique de Luminy 163 avenue de Luminy Case 906 13288 Marseille
CIML Amphi
Jury
Directeur de these M. Jonathan EWBANK CIML – Centre d’Immunologie Marseille-Luminy
Rapporteur M. Dominique FERRANDON IBMC,UPR9022 du CNRS
Rapporteur Mme Suzana SALCEDO Laboratory of Molecular Microbiology and Structural Biochemistry CNRS UMR 5086 - University of Lyon
Examinateur M. Philippe NAQUET CIML – Centre d’Immunologie Marseille-Luminy

Résumé de la thèse

Pour explorer la pathogénèse fongique in vivo, nous utilisons l'interaction entre C. elegans et son champignon pathogène naturel, Drechmeria coniospora. Deux isolats de D. coniospora qui ont des origines et des histoires de culture distinctes ont été séquencés (Lebrigand et al. 2016; Zhang et al. 2016). Leur morphologie et leur virulence ont été comparées, révélant une variation naturelle substantielle de leurs traits. D. coniospora sécrète des toxines et d'autres facteurs de virulence dans son nématode hôte. La fonction de nombre d'entre eux reste mal comprise. Leur localisation subcellulaire n'est connue que dans quelques cas, et des cibles protéiques ou processus spécifiques de l'hôte ont été identifiés. Nous avons donc sélectionné 12 facteurs de virulence potentiels, dont plusieurs petites protéines sécrétées (SSP) de fonction inconnue, soit conservées dans quelques champignons pathogènes, soit spécifiques à D. coniospora. Nous avons directement exprimé chacun d'eux dans l'épiderme de C. elegans sous forme de protéines chimériques avec des marqueurs fluorescents et d'affinité. Chacun des facteurs de virulence candidats avait un schéma de localisation subcellulaire distinct. En outre, pour certains, leur expression rendait les vers malades et provoquait une mort précoce. Nous avons poursuivi une caractérisation biochimique pour plusieurs d'entre eux, en utilisant la co-immunoprécipitation et la spectroscopie de masse pour identifier leurs cibles hôtes. Deux d'entre eux ont été cristallisés avec succès, et pour l'un d'entre eux, une structure a été déterminée. Parmi les candidats figuraient plusieurs entérotoxines thermolabiles, une famille de protéines qui est élargie dans le génome de D. coniospora par rapport à d'autres champignons pathogènes. Nous nous sommes concentrés sur 3 (DcEntA-C). L'expression de DcEntA et de DcEntB, mais pas de DcEntC, rendait les vers malades et plus sensibles à l'infection. Normalement, l'infection par D. coniospora provoque l'induction de l'expression de gènes codant des peptides antimicrobiens des familles nlp et cnc. Il est intéressant de noter que l'expression de la seule entérotoxine DcEntA a bloqué la transcription des gènes nlp et cnc. DcEntA a agi en inhibant la translocation nucléaire du facteur de transcription STAT STA-2, nécessaire à l'expression des gènes de défense. Nous avons démontré que cet effet était spécifique car DcEntA a induit une forte expression d'un gène inductible par une infection indépendante de STA-2. En revanche, les vers exprimant l'entérotoxine DcEntB présentaient une élévation de l'expression de nlp-29 dépendante de STA-2. DcEntB est localisé au niveau du nucléole et affecte la taille et la morphologie du nucléole. La base moléculaire de ces différences et l'importance relative de ces facteurs au cours de l'infection ont été étudiées en détail. Notre résultat révélé la complexité des stratégies de virulence fongique. Globalement, en disséquant le mode d'action des différents facteurs de virulence, cette étude nous a permis de mieux comprendre la pathogénie fongique et la course évolutive entre l'hôte et l'agent pathogène.

Thesis resume

To explore fungal pathogenesis in an in vivo setting, we use the interaction between C. elegans and its natural fungal pathogen, Drechmeria coniospora. Two D. coniospora isolates that have distinct origins and culture histories have been sequenced (Lebrigand et al. 2016; Zhang et al. 2016). Their morphology and virulence were compared, revealing a substantial natural variation in these traits. D. coniospora secretes toxins and other virulence factors into its nematode host. The function of many of these remains poorly understood. Only in a few cases is their subcellular location known, and have specific host protein targets or processes been identified. We therefore selected 12 potential virulence factors, including several small secreted proteins (SSPs) of unknown function, either conserved in a few pathogenic fungi or specific to D. coniospora. We directly expressed each of them in the epidermis of C. elegans as chimeric proteins with fluorescent and affinity tags. Each of the candidate virulence factor had a distinct subcellular location pattern. In addition, for some, their expression made worms sick and caused precocious death. We pursued a biochemical characterization for several of them, using co-immunoprecipitation and mass spectroscopy to identify their host targets. Two of them have been successfully crystallized, and for one a structure determined. Among the candidates were several heat-labile enterotoxins, a protein family that is expanded in the genome of D. coniospora compared to other pathogenic fungi. We focused on 3 (DcEntA-C). Expression of DcEntA and DcEntB, but not DcEntC made worms sick and more susceptible to infection. Normally, D. coniospora infection provokes the induction of expression of antimicrobial peptide genes of the nlp and cnc families. Interestingly, expression of the single enterotoxin DcEntA blocked the transcription of both nlp and cnc genes. DcEntA acted by inhibiting the nuclear translocation of the STAT transcriptional factor STA-2, required for defence gene expression. We demonstrated that this effect was specific as DcEntA induced high expression of a STA-2-independent infection-inducible gene. In contrast, worms expressing the enterotoxin DcEntB exhibited a STA-2 dependent elevation of nlp-29 expression. DcEntB was localized to the nucleolus and affected nucleolus size and morphology. The molecular basis of these differences and the relative importance of these factors during infection was explored in detail. Our result revealed the complexity of fungal virulence strategies. Overall, by dissecting the mode of action of different virulence factors, this study allowed us to understand better fungal pathogenesis and the evolutionary arms race between host and pathogen.