APOL-Mediated trypanolytic activity

Apolipoprotein L1 (APOL1) is a human-specific serum protein bound to high-density lipoprotein (HDL) particles. This protein allows human resistance to infection by African trypanosomes except for two subspecies, Trypanosoma brucei rhodesiense and T. b. gambiense, the causative agents of sleeping sickness or African trypanosomiasis. This disease infects 20 000 people in sub-Saharan Africa and without treatment, infection is almost always fatal. T. b. rhodesiense resists APOL1 through direct protein neutralization by the Serum Resistance-Associated (SRA) protein. T. b. gambiense does not express SRA, and its mechanism of resistance to APOL1 is orchestrated upon a recently characterized multifactorial defense mechanism.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gambiense or rhodesiense since the few currently available drugs for treatment of African trypanosomiasis, that are outdated, show problems with toxicity and resistance. / L’ Apolipoproteine L1 (APOL1) est une proteine serique humaine associee aux lipoproteines de haute densite (HDL). Cette proteine confere la resistance a l'infection des trypanosomes africains a l'exception des deux sous-especes, 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 resiste a l’APOL1 grâce a une neutralisation directe d’APOL1 par une proteine appele SRA (Serum Resistant-Associated). T. b. gambiense n'exprime pas SRA, et sa resistance a l’APOL1 est orchestree par un mecanisme de defense multifactorielle recemment caracterise 1.Le mecanisme par lequel les parasites sensibles au serum humain sont tues suivant l’entree de l’APOL1 est decrit comme le resultat d’un gonflement du lysosome induit par la generation de pores ioniques a l'interieur de la membrane lysosomiale2. Nous montrons ici que le gonflement osmotique du lysosome peut etre empeche en condition de culture hyper osmotique, sans neanmoins empecher la mort de la cellule. En outre, l’APOL1 semble declencher des evenements de mort cellulaire programmee dans la cellule, tels qu’une depolarisation mitochondriale rapide suivie d'une fragmentation de l’ADN. De plus, nous montrons une implication de l'endonuclease G (TbEndoG), connu pour etre un acteur cle dans la regulation du processus de mort cellulaire et d’une kinesine (TbKIFC1) qui pourrait avoir le role de transporter l’APOL1 des endosomes vers la mitochondrie.Nous avons egalement pu montrer que l’APOL3, un autre membre de la famille des APOLs humaines, possede tout comme l’APOL1, une activite trypanolytique bien que cette proteine ne soit pas secretee en condition physiologique. De maniere interessante, l’APOL3 ne tue pas seulement T. b. brucei, mais est egalement capable de tuer les sous-especes resistantes a l’APOL1 tels que rhodesiense et gambiense, in vitro et in vivo lorsque de l’APOL3 recombinante est injectee dans des souris infectees. La specificite d’action de l’APOL3 pourrait etre liee a une independance au pH, au contraire de l’APOL1. Il pourrait etre envisage d'utiliser cette proteine recombinante comme agent curatif contre gambiense ou rhodesiense du fait que les medicaments actuellement disponibles pour le traitement de la trypanosomiase africaine montrent des problemes de toxicite et de resistance.