The role of vectors in the epidemiology of avian malaria

Studies on host-parasite relationships have commonly reported that parasitized hosts undergo changes in their behavioural and life history traits. How do these changes affect the fitness of the hosts? What are the ecological and evolutionary drivers of these changes? These open questions are crucial to predict the parasite spread amongst hosts. Surprisingly, mosquito vectors of diseases to humans and animals have long been seen as passive parasite transporters, being unaffected by the infection though they also function as hosts. Natural parasite-vector interactions are therefore poorly documented in the literature. In this thesis, we seek to address the role of wild vectors in the epidemiology of avian Plasmodium, the etiological agents of malaria in birds. We first conducted avian malaria surveys in field-caught mosquitoes to identify the natural vectors in our temperate study area. We report that ornithophilic Culex pipiens primarily act as a vector for Plasmodium vaughani in spring, this parasite species being progressively replaced by P. relictum along with the season. Season-related factors may thus shape the mosquitoes' vectorial capacity. We then used experimental approaches to determine the effect of avian malaria on wild, naturally infected C. pipiens. We show that infected mosquitoes incur unavoidable physiological costs associated with parasite exploitation, these costs being expressed as a reduced survival under nutritionally stressed conditions only. These results are of significant importance for the epidemiology of avian malaria since seasonal changes in climate may likely influence food quality and quantity available to the mosquitoes. The host-selection preferences of the vectors with respect to the malaria-infection status of their bird hosts largely determine the disease spreading. In a second laboratory experiment, we thus offered wild C. pipiens the opportunity to choose between uninfected and naturally infected great tits, Parus major. We show that host-seeking mosquitoes have innate orientation preferences for uninfected birds. This suggests that avian malaria parasites exert strong selective pressures on their vectors, pushing them to evolve anti-parasite behaviours. We lastly investigated the links between malaria-associated symptoms in birds and resulting attractiveness to the mosquitoes. We show that experimentally malaria-infected canaries, Serinus canaria, suffer severe haematocrit reduction at peak parasitaemia and reduced basal metabolic rate later in the course of the infection. However, no links between infection and bird attractiveness to the mosquitoes were shown in an experiment using canaries as live bait for mosquito trap in the field. These links may have been masked by confounding environmental factors. Using a system where the vectors, parasites and hosts co-occur in sympatry, this thesis illustrates that vectors are not always Plasmodium permissive, which opposes to the traditional view that malaria parasites should have little effect on their vectors. The way that the vectors respond to the parasite threat is largely determined by the environmental conditions. This may have major implications for the epidemiology of avian malaria. - Les études portant sur les relations hôtes-parasites mentionnent souvent que les hôtes parasités subissent des modifications de leurs traits d'histoire de vie ou bien comportementaux. Comment ces changements affectent-ils la valeur sélective des hôtes et celle de leurs parasites ? Quels sont les déterminants de ces modifications ? Ces questions sont d'un grand intérêt en épidémiologie. Pour autant, les moustiques vecteurs de maladies infectieuses ont longtemps été perçus comme de simples transporteurs de parasites, n'étant pas affectés par ces derniers. Cette thèse porte sur le rôle des vecteurs dans l'épidémiologie des Plasmodium aviaires, agents étiologiques de la malaria chez les oiseaux. Dans le but d'identifier les vecteurs naturels de malaria aviaire dans notre zone d'étude, nous avons tout d'abord collecté des moustiques sur le terrain, puis déterminé leur statut infectieux. Nous rapportons que les moustiques Culex pipiens sont principalement impliqués dans la transmission de Plasmodium vaughani au printemps, cette espèce de parasite étant progressivement remplacée par P. relictum au fil de la saison de transmission. Nous avons ensuite conduit une expérience visant à déterminer l'effet de la malaria aviaire sur des C. pipiens sauvages, naturellement infectés. Nous montrons que des coûts sont associés à l'infection pour les moustiques. Ces coûts occasionnent une diminution de la survie des vecteurs seulement lorsque ceux-ci sont privés de ressources nutritionnelles. Des changements saisonniers de climats pourraient affecter la quantité et la qualité des ressources disponibles pour les vecteurs et donc, leur aptitude à transmettre l'infection. Les traits comportementaux des moustiques vecteurs, tels que la recherche et le choix d'un hôte pour se nourrir, sont d'une importance majeure pour la dispersion de la malaria. Pour cela, nous avons offert à des C. pipiens sauvages l'opportunité de choisir simultanément entre une mésange charbonnière (Parus major) saine et une autre naturellement infectée. Nous montrons que les moustiques s'orientent préférentiellement vers des mésanges saines. Les Plasmodium aviaires exerceraient donc de fortes pressions de sélection sur leurs vecteurs, favorisant ainsi l'évolution de comportements d'évitement des parasites. Enfin nous avons cherché à identifier de potentiels liens entre symptômes de l'infection malarique chez les oiseaux et attractivité de ces derniers pour les moustiques. Nous montrons que des canaris (Serinus canaria) expérimentalement infectés sont fortement anémiés au moment du pic infectieux et que leur métabolisme basai diminue plus tard au cours de l'infection. Toutefois, aucun lien entre le statut infectieux et l'attractivité des canaris pour les moustiques n'a pu être montré lors d'une expérience réalisée en nature. Il se peut que ces liens aient été masqués par des facteurs environnementaux confondants. Dans son ensemble, cette thèse illustre que, contrairement aux idées reçues, les vecteurs de malaria aviaire ne sont pas toujours permissifs avec leurs parasites. L'environnement apparaît aussi comme un facteur déterminant dans la réponse des vecteurs face à la menace d'infection malarique. Cela pourrait fortement affecter l'épidémiologie de la malaria aviaire.

Learning-induced gene expression in the heads of two Nasonia species that differ in long-term memory formation.

BACKGROUND: Cellular processes underlying memory formation are evolutionary conserved, but natural variation in memory dynamics between animal species or populations is common. The genetic basis of this fascinating phenomenon is poorly understood. Closely related species of Nasonia parasitic wasps differ in long-term memory (LTM) formation: N. vitripennis will form transcription-dependent LTM after a single conditioning trial, whereas the closely-related species N. giraulti will not. Genes that were differentially expressed (DE) after conditioning in N. vitripennis, but not in N. giraulti, were identified as candidate genes that may regulate LTM formation. RESULTS: RNA was collected from heads of both species before and immediately, 4 or 24 hours after conditioning, with 3 replicates per time point. It was sequenced strand-specifically, which allows distinguishing sense from antisense transcripts and improves the quality of expression analyses. We determined conditioning-induced DE compared to naïve controls for both species. These expression patterns were then analysed with GO enrichment analyses for each species and time point, which demonstrated an enrichment of signalling-related genes immediately after conditioning in N. vitripennis only. Analyses of known LTM genes and genes with an opposing expression pattern between the two species revealed additional candidate genes for the difference in LTM formation. These include genes from various signalling cascades, including several members of the Ras and PI3 kinase signalling pathways, and glutamate receptors. Interestingly, several other known LTM genes were exclusively differentially expressed in N. giraulti, which may indicate an LTM-inhibitory mechanism. Among the DE transcripts were also antisense transcripts. Furthermore, antisense transcripts aligning to a number of known memory genes were detected, which may have a role in regulating these genes. CONCLUSION: This study is the first to describe and compare expression patterns of both protein-coding and antisense transcripts, at different time points after conditioning, of two closely related animal species that differ in LTM formation. Several candidate genes that may regulate differences in LTM have been identified. This transcriptome analysis is a valuable resource for future in-depth studies to elucidate the role of candidate genes and antisense transcription in natural variation in LTM formation.

"Role of long non-coing RNAs in the stressed heart". Wisper : a novel cardiac fibroblast-enriched IncRNA that modulate fibrosis in the failing heart

LncRNAs are transcripts greater than 200 nucleotides in length with no apparent coding potential. They exert important regulatory functions in the genome. Their role in cardiac fibrosis is however unexplored. To identify IncRNAs that could modulate cardiac fibrosis, we profiled the long non-coding transcriptome in the infarcted mouse heart, and identified 1500 novel IncRNAs. These IncRNAs have unique characteristics such as high tissue and cell type specificity. Their expression is highly correlated with parameters of cardiac dimensions and function. The majority of these novel IncRNAs are conserved in human. Importantly, human IncRNAs appear to be differentially expressed in heart disease. Using a computational pipeline, we identified a super-enhancer-associated IncRNA, which is dynamically expressed after myocardial infarction. We named this particular transcript Wisper for «Wisp2 super-enhancer- derived IncRNA ». Interestingly, Wisper expression is overexpressed in cardiac fibroblasts as compared to cardiomyocytes or to fibroblasts isolated from other organs than the heart. The importance of Wisper in the biology of fibroblasts was demonstrated in knockdown experiments. Differentiation of cardiac fibroblast into myofibroblasts in vitro is significantly impaired upon Wisper knockdown. Wisper downregulation in cardiac fibroblasts results in a dramatic reduction of fibrotic gene expression, a diminished cell proliferation and an increase in apoptotic cell death. In vivo, depletion of Wisper during the acute phase of the response to infarction is detrimental via increasing the risk of cardiac rupture. On the other hand, Wisper knockdown following infarction in a prevention study reduces fibrosis and preserves cardiac function. Since WISPER is detectable in the human heart, where it is associated with severe cardiac fibrosis, these data suggest that Wisper could represent a novel therapeutic target for limiting the extent of the fibrotic response in the heart. -- Les long ARN non-codants (IncRNAs) sont des ARN de plus de 200 nucléotides qui ne codent pas pour des protéines. Ils exercent d'importantes fonctions dans le génome. Par contre, leur importance dans le développement de la fibrose cardiaque n'a pas été étudiée. Pour identifier des IncRNAs jouant un rôle dans ce processus, le transcriptome non-codant a été étudié dans le coeur de'souris après un infarctus du myocarde. Nous avons découverts 1500 nouveaux IncRNAs. Ces transcrits ont d'uniques caractéristiques. En particulier ils sont extrêmement spécifiques de sous-populations de cellules cardiaques. Par ailleurs, leur expression est remarquablement corrélée avec les paramètres définissant les dimensions du coeur et la fonction cardiaque. La majorité de ces IncRNAs sont conservés chez l'humain. Certains sont modulés dans des pathologies cardiaques. En utilisant une approche bioinformatique, nous avons identifié un IncRNA qui est associé à des séquences amplificatrices et qui est particulièrement enrichi dans les fibroblastes cardiaques. Ce transcrit a été nommé Wisper pour «Wisp2 super-enhancer-derived IncRNA ». L'importance de Wisper dans la biologie des fibroblastes cardiaques est démontrée dans des expériences de déplétion. En l'absence de Wisper, l'expression de protéines impliquées dans le développement de la fibrose est dramatiquement réduite dans les fibroblastes cardiaques. Ceux-ci montrent une prolifération réduite. Le niveau d'apoptose est largement augmenté. In vivo, la déplétion de Wisper pendant la phase aiguë de l'infarctus rehausse le risque de rupture cardiaque. Au contraire, la réduction de l'expression de Wisper pendant la phase chronique diminue la fibrose cardiaque et améliore la fonction du coeur. Puisque Wisper est exprimé dans le coeur humain, ce transcrit représente une nouvelle cible thérapeutique pour limiter la réponse fibrotique dans le coeur.