Back to Search Start Over

Gluconeogenesis is essential for trypanosome development in the tsetse fly vector

Authors :
Wargnies, Marion
Bertiaux, Eloise
Cahoreau, Edern
Ziebart, Nicole
Crouzols, Aline
Morand, Pauline
Biran, Marc
Allmann, Stefan
Hubert, Jane
Villafraz, Oriana
Millerioux, Yoann
Plazolles, Nicolas
Asencio, Corinne
Rivière, Loïc
Rotureau, Brice
Boshart, Michael
Portais, Jean-Charles
Bringaud, Frédéric
Microbiologie Fondamentale et Pathogénicité (MFP)
Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre de résonance magnétique des systèmes biologiques (CRMSB)
Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Biologie cellulaire des Trypanosomes - Trypanosome Cell Biology
Institut Pasteur [Paris] (IP)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés (LISBP)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
MetaToul FluxoMet (TBI-MetaToul)
MetaboHUB-MetaToul
MetaboHUB-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT)
Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-MetaboHUB-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL)
Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Toulouse Biotechnology Institute (TBI)
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU)
The funders had no role in study design, data collection and analysis, decision to publish, or preparation of the manuscript. FB's and BR's group were funded by the Agence Nationale de la Recherche (ANR) through GLYCONOV (grant number ANR-15-CE15-0025-01) of the ANR-BLANC-2015 call. FB's group was supported by the Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), the Université de Bordeaux, the ANR through the grants ACETOTRYP (grant number ANR-2010-BLAN-1319-02) of the ANR-BLANC-2010 call, the Laboratoire d’Excellence (LabEx) ParaFrap ANR-11-LABX-0024 and the ParaMet PhD programme of Marie Curie Initial Training Network. BR’s group was supported by the Institut Pasteur, the Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM). EB is funded by a doctoral fellowship from French National Ministry for Research and Technology (Doctoral School CDV515). MB was funded by the University of Munich and MB and FB were supported by a research cooperation grant of the Franco-Bavarian University Cooperation Center (BFHZ/CCUFB).
ANR-15-CE15-0025,GLYCONOV,Voies métaboliques glycosomales non glycolytiques: nouvelles fonctions pour le développement et la virulence des trypanosomes(2015)
ANR-10-BLAN-1319,ACETOTRYP,Metabolisme de l'acetyl-CoA et de l'acetate chez les trypanosomes: identification de nouvelles voies métaboliques spécifiques aux parasites(2010)
ANR-11-LABX-0024,ParaFrap,Alliance française contre les maladies parasitaires(2011)
Microbiologie cellulaire et moléculaire et pathogénicité (MCMP)
Résonance magnétique des systèmes biologiques (RMSB)
Biologie cellulaire des Trypanosomes
Institut Pasteur [Paris]-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Toulouse Biotechnology Institute (TBI)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Rotureau, Brice
Voies métaboliques glycosomales non glycolytiques: nouvelles fonctions pour le développement et la virulence des trypanosomes - - GLYCONOV2015 - ANR-15-CE15-0025 - AAPG2015 - VALID
BLANC - Metabolisme de l'acetyl-CoA et de l'acetate chez les trypanosomes: identification de nouvelles voies métaboliques spécifiques aux parasites - - ACETOTRYP2010 - ANR-10-BLAN-1319 - BLANC - VALID
Laboratoires d'excellence - Alliance française contre les maladies parasitaires - - ParaFrap2011 - ANR-11-LABX-0024 - LABX - VALID
Source :
PLoS Pathogens, PLoS Pathogens, 2018, 14 (12), pp.e1007502. ⟨10.1371/journal.ppat.1007502⟩, PLoS Pathogens, Public Library of Science, 2018, 14 (12), pp.e1007502. ⟨10.1371/journal.ppat.1007502⟩, Plos Pathogens 12 (14), 28 p.. (2018), PLoS Pathogens, Vol 14, Iss 12, p e1007502 (2018)
Publication Year :
2018
Publisher :
HAL CCSD, 2018.

Abstract

In the glucose-free environment that is the midgut of the tsetse fly vector, the procyclic form of Trypanosoma brucei primarily uses proline to feed its central carbon and energy metabolism. In these conditions, the parasite needs to produce glucose 6-phosphate (G6P) through gluconeogenesis from metabolism of non-glycolytic carbon source(s). We showed here that two phosphoenolpyruvate-producing enzymes, PEP carboxykinase (PEPCK) and pyruvate phosphate dikinase (PPDK) have a redundant function for the essential gluconeogenesis from proline. Indeed, incorporation of 13C-enriched proline into G6P was abolished in the PEPCK/PPDK null double mutant (Δppdk/Δpepck), but not in the single Δppdk and Δpepck mutant cell lines. The procyclic trypanosome also uses the glycerol conversion pathway to feed gluconeogenesis, since the death of the Δppdk/Δpepck double null mutant in glucose-free conditions is only observed after RNAi-mediated down-regulation of the expression of the glycerol kinase, the first enzyme of the glycerol conversion pathways. Deletion of the gene encoding fructose-1,6-bisphosphatase (Δfbpase), a key gluconeogenic enzyme irreversibly producing fructose 6-phosphate from fructose 1,6-bisphosphate, considerably reduced, but not abolished, incorporation of 13C-enriched proline into G6P. In addition, the Δfbpase cell line is viable in glucose-free conditions, suggesting that an alternative pathway can be used for G6P production in vitro. However, FBPase is essential in vivo, as shown by the incapacity of the Δfbpase null mutant to colonise the fly vector salivary glands, while the parental phenotype is restored in the Δfbpase rescued cell line re-expressing FBPase. The essential role of FBPase for the development of T. brucei in the tsetse was confirmed by taking advantage of an in vitro differentiation assay based on the RNA-binding protein 6 over-expression, in which the procyclic forms differentiate into epimastigote forms but not into mammalian-infective metacyclic parasites. In total, morphology, immunofluorescence and cytometry analyses showed that the differentiation of the epimastigote stages into the metacyclic forms is abolished in the Δfbpase mutant.<br />Author summary Trypanosoma brucei, the parasite responsible for sleeping sickness in humans, is transmitted by the tsetse fly that primarily uses amino acids for its energy production. In the glucose-free environment encountered between the insect blood meals, T. brucei needs to produce through gluconeogenesis glucose 6-phosphate, a key precursor for several essential metabolic pathways. We have shown here that two key gluconeogenic steps, which produce phosphoenolpyruvate and fructose 6-phosphate, respectively, are performed by redundant enzymes (PPDK and PEPCK for phosphoenolpyruvate production; FBPase and a yet unknown enzyme for fructose 6-phosphate production), which highlights the importance of this metabolic pathway for the insect stages of the parasite. Interestingly, deletion of the parasite FBPase gene abolished both the colonisation of the insect salivary glands and the in vitro differentiation of the epimastigote forms into the mammalian infective form of the parasite. Altogether, these data demonstrate for the first time that gluconeogenesis is essential for development of T. brucei in its insect vector and that early development stages of the parasite present in the tsetse midgut are not affected by the absence of FBPase, probably by developing an alternative yet unknown approach to produce fructose 6-phosphate.

Details

Language :
English
ISSN :
15537366 and 15537374
Database :
OpenAIRE
Journal :
PLoS Pathogens, PLoS Pathogens, 2018, 14 (12), pp.e1007502. ⟨10.1371/journal.ppat.1007502⟩, PLoS Pathogens, Public Library of Science, 2018, 14 (12), pp.e1007502. ⟨10.1371/journal.ppat.1007502⟩, Plos Pathogens 12 (14), 28 p.. (2018), PLoS Pathogens, Vol 14, Iss 12, p e1007502 (2018)
Accession number :
edsair.pmid.dedup....0e78bc6ed03e245c970adcf2eddadbbd
Full Text :
https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1007502⟩