Serpines et protéases à sérine dans la réponse immunitaire de la drosophile
Institution:
Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Arthropods defend themselves against microbial aggression with an efficient battery of reactions, including activation of proteolytic cascades leading to coagulation, melanization and the production of antimicrobial peptides. These proteolytic cascades use serine proteases and they are regulated by serine protease inhibitors, such as the serpins. During my thesis, I studied the role of serpins and proteases in the Drosophila immune response. First proteolytic cascade found to be involved in the Drosophila immune response leads to activation of the Toll pathway, which controls the expression of numerous genes including those for the antimicrobial peptides. Spaetzle, the Toll ligand, is present as a precursor in Drosophila haemolymph. This precursor is proteolytically cleaved during Gram-positive bacterial or fungal infections, under the control of the serpin, Necrotic. Absence of Necrotic leads to constitutive activation of the Toll pathway and the development of a phenotype consisting of necrosis and adult mortality a few days after emergence. During a genetic suppressor screen using the Necrotic phenotype, Persephone, the first serine protease to be directly implicated in the immune activation of Spaetzle, was identified. Unexpectedly, the analysis of psh mutants revealed that two distinct proteolytic cascades can trigger immune activation of Spaetzle, dependant on either Gram-positive bacterial or fungal infection. In its N-terminal region, the serpin Necrotic has an atypically glutamine-rich extension. I was able to show that this section is removed during activation of the Toll pathway. A further analysis of this event revealed an unexpected level of complexity in relation with the proteolytic cascades activated by infections of Gram-positive bacteria or fungi. Another proteolytic cascade stimulated during the insect immune response leads to cleavage and activation of phenoloxidase (PO), the central enzyme of melanization. I isolated the first mutants involved in the proteolytic cascade controlling activation of PO in Drosophila. The first of these mutants, which displays a constitutive activation of PO, affects the Serpin27A gene. The study of Serpin27A revealed that protein production under the control of the Toll pathway must be underway before PO can be activated. The second mutant identified was in the gene encoding the serine protease Prophenoloxidase Activating Enzyme 1 (PAE1). This mutant has lost the capacity to activate PO during infections. The work carried out on PAE1 mutants allowed me to demonstrate that activation of PO in Drosophila depends on a proteolytic cascade.
Abstract FR:
Les Arthropodes se défendent contre les agressions microbiennes par un ensemble de réactions très efficaces, comprenant l'activation de cascades protéolytiques aboutissant à la coagulation, à la mélanisation et à la synthèse de peptides antimicrobiens. Ces cascades protéolytiques font intervenir des protéases à sérine et sont régulées par des serpines, qui sont des inhibiteurs de protéases à sérine. L'équipe au sein de laquelle j'ai effectué ma thèse étudie le rôle de serpines et de protéases à sérine dans la réponse immunitaire de la drosophile. La première cascade protéolytique mise en évidence dans l'immunité de la drosophile mène à l'activation de la voie Toll, qui contrôle l'expression de nombreux gènes dont les peptides antimicrobiens. Spaetzle, le ligand du récepteur Toll, est présent sous la forme d'un précurseur dans l'hémolymphe des drosophiles. Son activation lors des infections par les bactéries à Gram positif et par les champignons requiert une maturation protéolytique. Cette coupure est contrôlée par la serpine Necrotic, dont l'absence se traduit par l'activation de Toll en absence d'infection et le développement d'un phénotype de nécrose et de létalité des adultes quelques jours après leur émergence. Nous avons réalisé un crible génétique suppresseur de ce phénotype et identifié la première protéase à sérine (Perséphone) impliquée dans l'activation immunitaire de Spaetzle. L'analyse des mutants perséphone a révélé que, de façon tout à fait surprenante, les bactéries à Gram positif et les champignons activent deux cascades protéolytiques distinctes aboutissant à la coupure de Spaetzle. La serpine Necrotic possède dans sa région N-terminale une extension atypique riche en glutamine. Nous avons pu montrer que cette extension est coupée au cours de l'activation de la voie Toll. L'analyse de cette coupure a révélé une complexité et une relation inattendues entre les cascades protéolytiques activées respectivement par les bactéries à Gram positif et par les champignons. Une autre cascade protéolytique activée au cours de la réponse immunitaire des insectes mène à la coupure et à l'activation de l'enzyme de la mélanisation : la Phénoloxydase (PO). Nous avons isolé les premiers mutants de la cascade protéolytique aboutissant à l'activation de cette enzyme chez la drosophile. La première mutation affecte une serpine (la Serpine27A). Les mutants pour cette serpine présentent une activation constitutive de la PO en absence de stimulus immun. L'étude de la Serpine27A a révélé que l'activation de la PO nécessite une synthèse protéique préalable et qu'elle est sous le contrôle de la voie Toll. La deuxième mutation affecte une protéase à sérine, PAE1 (Prophenoloxidase Activating Enzyme 1) Les mutants PAE1 ne présentent aucune activation de la PO lors d'une infection. Leur étude nous a permis de montrer que l'activation de l'enzyme dépend d'une cascade protéolytique, ce qui n'était que supposé auparavant.