Soutenance de thèse de Ludovic SAWELEW

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie - Spécialité Biologie Végétale
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Palytoxine,Production,Diversité des Palythoa,Activité anticancéreuse in vitro,Imagerie-microscopie,Spectrométrie de masse
Keywords
Palytoxin,Production,Palythoa diversity,In vitro anticancer activity,Imagery-microscopy,Mass spectrometry
Titre de thèse
La palytoxine chez les Zoantharia (Cnidaria) : biodiversité des organismes producteurs et activité anticancéreuse de la toxine
Palytoxin in Zoantharia (Cnidaria) : biodiversity of producing organisms and anticancer activity of the toxin
Date
Lundi 2 Octobre 2017 à 14:00
Adresse
Bâtiment Polytech, 163 Avenue de Luminy, 13009 Marseille
Salle de réunion IRD/INRA
Jury
Directeur de these Jean LORQUIN Institut Méditerranéen d'Océanologie (Aix-Marseille Université)
Examinateur Patricia BONIN Institut Méditerranéen d'Océanologie (Aix-Marseille Université)
Rapporteur Denis ALLEMAND Centre Scientifique de Monaco
Rapporteur Mohamed MEHIRI Université Nice Sophia Antipolis

Résumé de la thèse

La palytoxine (PlTX) est une molécule non-protéique complexe principalement produite par des espèces de Cnidaria du genre Palythoa, et qui figure parmi les molécules marines les plus toxiques. A l’heure actuelle, le mécanisme de sa biosynthèse et sa localisation cellulaire demeurent méconnues. Des études récentes ont mis en évidence une très forte cytotoxicité de la PlTX envers des cellules cancéreuses. La cible cellulaire première est la pompe sodium/potassium qui fait office de récepteur. Le travail présenté dans ce manuscrit est le fruit d’une collaboration public/privé confidentielle et se situe en amont du développement pharmaceutique de la PlTX ; il porte sur l’étude des sources biologiques de la PlTX. Leur identification est nécessaire afin de développer un protocole industriel standardisé permettant d’obtenir des quantités suffisantes de toxine pour effectuer sa caractérisation chimique ainsi que les tests précliniques portant sur son activité anticancéreuse. Dans une première partie, l’activité anticancéreuse in vitro de la PlTX a été évaluée sur plusieurs lignées cellulaires cancéreuses humaines et murines. La PlTX a montré un effet cytotoxique à la fois sur les lignées murines et humaines qui est 106 fois plus important sur les lignées cancéreuses par rapport aux lignées non cancéreuses témoins testées. La PlTX utilisée dans ce travail a été purifiée à partir d’une espèce encore non décrite de Palythoa, et qui a été caractérisée sur la base d’une analyse phylogénétique et morphologique. Cette espèce de Palythoa constitue le Zoantharia dans lequel les quantités de PlTX purifiée sont les plus élevées jamais enregistrées (2,8 ± 0,45 mg/g). La localisation de la PlTX dans les tissus de cette espèce de Palyhtoa a été décrite par des techniques innovantes d’imagerie par spectrométrie de masse MALDI. La deuxième partie de ce manuscrit présente une étude phylogénétique et une quantification de la PlTX par HPLC chez 29 échantillons de Zoantharia. La spectrométrie de masse ESI a permis de préciser la formule chimique du type de PlTX purifiée à partir de ces échantillons. La dernière partie est une étude préliminaire sur la culture ex-hospite des endosymbiotes unicellulaires appartenant au genre Symbiodinium. Les cellules des endosymbiotes ont été isolées à partir d’espèces de Palythoa contenant de hautes concentrations de PlTX afin de tester leur implication dans la synthèse de PlTX. L’optimisation des cultures ainsi que le rôle des Symbiodinium spp. dans la synthèse de la PlTX sont abordés. En conclusion, il ressort que la PlTX présente un effet anticancéreux in vitro très prometteur et que le moyen le plus efficace actuellement pour obtenir de la PlTX en quantité importante est de l’extraire à partir d’une espèce de Palythoa caractérisée grâce à ce travail.

Thesis resume

Palytoxin (PlTX) is a complex non-protein molecule produced mainly by Cnidaria species of the genus Palythoa. It is one of the most potent marine toxins. At present, the biosynthesis and cellular localization of the toxin remain unknown. Recent studies have demonstrated a strong cytotoxicity of PlTX against cancer cells. The first cell target is the sodium/potassium pump which constitutes a receptor. The work presented in this manuscript is the outcome of a confidential public/private collaboration in prerequisite of PLTX pharmaceutical development. This work concerns the study of biological sources of PlTX. Their identification is required to develop an industrial-standard protocol in order to obtain sufficient quantity of toxin to perform its chemical characterization and carry out preclinical anticancer tests. In the first part of this thesis, the in vitro anti-cancer activity of PlTX was evaluated upon several human and murine cancerous cell lines. The cytotoxic activity of PlTX was effective against human and murine cancerous lines and was 106-times more powerful against cancerous lines compared to non-cancerous control lines. The PlTX used in this work was purified from an undescribed species of Palythoa which was characterized based on phylogenetic and morphological analyses. This Palythoa species is the Zoantharia in which purified PlTX levels are the highest ever recorded (2.8 ± 0.45 mg/g). PlTX localization in tissues of this Palythoa species was also described by innovative MALDI mass spectrometry imaging techniques. The second part of this thesis presents a phylogenetic study of 29 samples of Zoantharia and quantification of PlTX by HPLC. The ESI-mass spectrometry allowed to characterize the chemical formula of the type of PlTX purified from these samples. The last part of this thesis constitutes a preliminary study on the ex-hospite culture of unicellular endosymbionts belonging to the genus Symbiodinium. Ensosymbiont cells were isolated from Palythoa species containing high PlTX concentrations in order to test their implication in PlTX synthesis. Attempts of culture optimization were performed, and the role of Symbiodinium spp. in PlTX synthesis is discussed. In conclusion, PLTX has a very promising in vitro anticancer activity, and the best way to obtain large quantities of PlTX is the extraction from a Palythoa species that was characterized in this work.