APOL-Mediated trypanolytic activity

The mechanism by which the human serum sensitive parasites are killed following APOL1 uptake is described as the result of the lysosomal swelling induced by the generation of ionic pores within the lysosomal membrane.

We show here that preventing the osmotic lysosomal swelling in a hyperosmotic culture condition does not prevent the cell death. In addition, APOL1 appears to trigger some programmed cell death events in the cell such as a fast mitochondrial depolarization followed by a DNA laddering and fragmentation. Furthermore, we show an implication of the endonuclease G (TbEndoG), known to be a key actor in the regulation of cell death process and a kinesin (TbKIFC1), which might be the transporter of APOL1 for the endosomes to the mitochondrion.

In addition, by producing different recombinant human APOL proteins in E. coli and test their activity on T. brucei, we were able to show that APOL3, an other member of the APOL family, also possesses a trypanolytic activity like APOL1 beneath the fact it is not a secreted protein. APOL3 does not only kill T. b. brucei but is also able to lyse APOL1-resistant subspecies such as rhodesiense and gambiense, in vitro and confirmed in vivo when the recombinant APOL3 were injected in infected mice. A beginning of an action mechanism is described herein showing a pH-independent activity for this protein oppositely to APOL1, conferring its specificity.

It is thus conceivable to use this recombinant protein as a first step of a potent curative agent against gambiense or rhodesiense since the few currently available drugs for treatment of African trypanosomiasis, that are outdated, show problems with toxicity and resistance.

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L’ Apolipoprotéine L1 (APOL1) est une protéine sérique humaine associée aux lipoprotéines de haute densité (HDL). Cette protéine confère la résistance à l'infection des trypanosomes africains à l'exception des deux sous-espèces, Trypanosoma brucei rhodesiense et T. b. gambiense, les agents responsables de la maladie du sommeil ou trypanosomiase africaine. Cette maladie infecte 20 000 personnes en Afrique sub-saharienne et en l'absence de traitement, l'infection est presque toujours mortelle. T. b. rhodesiense résiste à l’APOL1 grâce à une neutralisation directe d’APOL1 par une protéine appelé SRA (Serum Resistant-Associated). T. b. gambiense n'exprime pas SRA, et sa résistance à l’APOL1 est orchestrée par un mécanisme de défense multifactorielle récemment caractérisé 1.

Le mécanisme par lequel les parasites sensibles au sérum humain sont tués suivant l’entrée de l’APOL1 est décrit comme le résultat d’un gonflement du lysosome induit par la génération de pores ioniques à l'intérieur de la membrane lysosomiale2. Nous montrons ici que le gonflement osmotique du lysosome peut être empêché en condition de culture hyper osmotique, sans néanmoins empêcher la mort de la cellule. En outre, l’APOL1 semble déclencher des événements de mort cellulaire programmée dans la cellule, tels qu’une dépolarisation mitochondriale rapide suivie d'une fragmentation de l’ADN. De plus, nous montrons une implication de l'endonucléase G (TbEndoG), connu pour être un acteur clé dans la régulation du processus de mort cellulaire et d’une kinésine (TbKIFC1) qui pourrait avoir le rôle de transporter l’APOL1 des endosomes vers la mitochondrie.

Nous avons également pu montrer que l’APOL3, un autre membre de la famille des APOLs humaines, possède tout comme l’APOL1, une activité trypanolytique bien que cette protéine ne soit pas sécrétée en condition physiologique. De manière intéressante, l’APOL3 ne tue pas seulement T. b. brucei, mais est également capable de tuer les sous-espèces résistantes à l’APOL1 tels que rhodesiense et gambiense, in vitro et in vivo lorsque de l’APOL3 recombinante est injectée dans des souris infectées. La spécificité d’action de l’APOL3 pourrait être liée à une indépendance au pH, au contraire de l’APOL1. Il pourrait être envisagé d'utiliser cette protéine recombinante comme agent curatif contre gambiense ou rhodesiense du fait que les médicaments actuellement disponibles pour le traitement de la trypanosomiase africaine montrent des problèmes de toxicité et de résistance.