Exploration des cibles directes et indirectes des médicaments anti-Giardia en utilisant une nouvelle approche de « Thermal Proteomic Profiling »
Thèse ou mémoire / Thesis or Dissertation
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Mots-clés
- Giardia
- métronidazole
- fenbendazole
- mode d’action
- Thermal Proteomic Profiling
- metronidazole
- mode of action
Organisme subventionnaire
Résumé
Résumé
La giardiose, une maladie causée par le parasite protozoaire Giardia, est l'une des infections gastro-intestinales les plus détectées dans le monde. Son traitement repose principalement sur l'utilisation d'antibiotiques ou d'antiparasitaires, puisqu'il n'existe pas de vaccin disponible pour prévenir l'infection. Cependant, depuis 60 ans, la même molécule, le métronidazole (MTZ), est utilisée à cette fin comme première ligne de défense, chez les humains et les animaux, ce qui a entraîné une émergence de souches résistantes du parasite. De même, un autre médicament, le fenbendazole (FBZ), principalement utilisé pour traiter les infections helminthiques chez les animaux, a été découvert pour être efficace contre ce protozoaire au début les années 2000. De même, l'apparition de parasites résistants au FBZ est déjà en augmentation. À cette fin, nous avons réalisé une nouvelle approche basée sur le profilage protéomique thermique (TPP) pour caractériser davantage le mode d'action de ces médicaments anti-Giardia, ainsi que pour approfondir nos connaissances des mécanismes de résistance utilisés par Giardia. En interagissant avec un ligand, la dénaturation des protéines induite par la chaleur peut varier. En utilisant la protéomique quantitative multiplexée basée sur la spectrométrie de masse, nous avons observé le comportement de dénaturation de multiples protéines solubles exprimées dans le protéome de Giardia, à la fois en présence et en l'absence de ces médicaments. Des analyses bioinformatiques ont été effectuées, y compris la normalisation, l'ajustement du profil de dénaturation et l'identification des protéines qui ont démontré un changement de température supérieure ou égale à 2 (-2 ΔTm 2) causé par l'interaction avec les médicaments. Grâce à cette nouvelle approche, nous avons pu valider les cibles précédemment signalées dans la littérature de ces médicaments, telles que la thiorédoxine réductase pour le MTZ et la tubuline pour FBZ, en plus d’identifier de nouvelles cibles possibles dans le protéome du parasite, telles que la protéine 14.3.3 et les giardins. En outre, plusieurs protéines associées à la résistance aux médicaments ont révélé une interaction avec ces médicaments, ce qui permet de mieux comprendre les mécanismes de résistance déployés par le parasite. Nos résultats préparent le terrain pour la future création de nouveaux médicaments ciblant des mécanismes spécifiques au sein du parasite.
Giardiasis, a disease caused by the protozoan parasite Giardia, is one of the most detected pathogens of the gastrointestinal tract worldwide. Its treatment relies primarily on the use of antibiotic or antiparasitic agents since there is no vaccine available to prevent infection. However, since the past 60 years, the same molecule, metronidazole (MTZ), has been used for this purpose as first line of defense, in humans and animals, causing an increase of emerging resistant strains of the parasite. Likewise, another drug, fenbendazole (FBZ), primarily used to treat helminths infection in animals, was shown to be effective against this protozoan since the years 2000. In the same way, apparition of resistant parasite is already on the rise. To this end, we have carried out a novel approach based on thermal proteomic profiling (TPP) to further characterize the mode of action of these antigiardial drugs, as well as to give insight in the mechanisms of resistance employed by Giardia. By interacting with a ligand, proteins heat-induced denaturation can vary. Using multiplexed quantitative mass spectrometry-based proteomics, we observed the melting behavior of multiple expressed soluble proteins within Giardia’s proteome, both in the presence and absence of these drugs. Bioinformatics analyses were executed, including normalization, melting profile fitting and identification of proteins that showed a change of temperature higher or equal to 2 (-2 ΔTm 2) caused by the interaction with the drugs. With this novel approach, we were able to validate previously reported target of these drugs, such as the thioredoxin reductase for MTZ and tubulin for FBZ. Furthermore, we identify new possible targets in the parasite proteome, such as protein 14.3.3 and giardins. Moreover, several proteins associated with drug resistance were shown to interact with these drugs, giving possible insight in mechanisms of resistance deployed by the parasite. Our findings lay the groundwork for the future creation of new treatment drugs targeting specific mechanisms within the parasite.
Giardiasis, a disease caused by the protozoan parasite Giardia, is one of the most detected pathogens of the gastrointestinal tract worldwide. Its treatment relies primarily on the use of antibiotic or antiparasitic agents since there is no vaccine available to prevent infection. However, since the past 60 years, the same molecule, metronidazole (MTZ), has been used for this purpose as first line of defense, in humans and animals, causing an increase of emerging resistant strains of the parasite. Likewise, another drug, fenbendazole (FBZ), primarily used to treat helminths infection in animals, was shown to be effective against this protozoan since the years 2000. In the same way, apparition of resistant parasite is already on the rise. To this end, we have carried out a novel approach based on thermal proteomic profiling (TPP) to further characterize the mode of action of these antigiardial drugs, as well as to give insight in the mechanisms of resistance employed by Giardia. By interacting with a ligand, proteins heat-induced denaturation can vary. Using multiplexed quantitative mass spectrometry-based proteomics, we observed the melting behavior of multiple expressed soluble proteins within Giardia’s proteome, both in the presence and absence of these drugs. Bioinformatics analyses were executed, including normalization, melting profile fitting and identification of proteins that showed a change of temperature higher or equal to 2 (-2 ΔTm 2) caused by the interaction with the drugs. With this novel approach, we were able to validate previously reported target of these drugs, such as the thioredoxin reductase for MTZ and tubulin for FBZ. Furthermore, we identify new possible targets in the parasite proteome, such as protein 14.3.3 and giardins. Moreover, several proteins associated with drug resistance were shown to interact with these drugs, giving possible insight in mechanisms of resistance deployed by the parasite. Our findings lay the groundwork for the future creation of new treatment drugs targeting specific mechanisms within the parasite.
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