Les amibes sont responsables de manifestations cliniques sérieuses : dysenterie, nécrose parenchymateuse du colon, abcès hépatiques ou cérébraux, amibiases pulmonaires,… Au milieu des Entamoeba, Acantamoeba et autres Naegleria pathogènes, il est une amie de l’homme : Dictyostelium discoideum. La facilité avec laquelle Dictyostelium est cultivée, produite en grande quantité et manipulée génétiquement avec les techniques modernes d’invalidation, de surexpression et de mutagenèse REMI (restriction enzyme-mediated insertion) en fait un nouveau « rat de laboratoire ». Les National Institutes of Health (NIH) l’ont d’ailleurs retenue parmi les modèles biologiques d’intérêt pour la recherche biomédicale.
Pendant sa vie végétative où elle se multiplie par scissiparité, Dictyostelium a des capacités endocytaires comparables à celles d’un phagocyte professionnel comme le macrophage. Cette activité endocytaire (phagocytose de micro-organismes et macropinocytose de milieu nutritif) pourvoit aux besoins nutritifs. Si les nutriments deviennent limitants, l’amibe s’engage dans un programme de développement qui assure la survie de l’espèce grâce à la formation de spores [1] (Figure 1).
Figure 1 : Cycle de développement de Dictyostelium. En situation de carence nutritive, Dictyostelium passe d’un état unicellulaire à une forme multicellulaire par agrégation des cellules individuelles. Le programme de développement met en jeu des processus de morphogenèse et de différenciation cellulaire et aboutit à la formation d’une fructification constituée de cellules tiges mortes supportant une masse de spores. Sont indiqués en brun des champs d’investigation utilisant Dictyostelium comme modèle.
Les travaux de l’équipe « Signalisation intracellulaire et endocytose » du Laboratoire Biochimie et Biophysique des Systèmes Intégrés ont posé les bases du trafic endocytaire chez Dictyostelium et un des aspects actuels de sa recherche examine l’importance de l’endocytose dans la signalisation intracellulaire en aval de protéines intrinsèques de la membrane plasmique. Depuis le séquençage complet du génome amibien (12 500 gènes, 34 Mb), on sait que le répertoire protéique membranaire qui inclut notamment des récepteurs chimiotactiques et des récepteurs au GABA (acide γ amino butyrique) contient un certain nombre de cibles susceptibles d’être régulées par endocytose. Un premier volet s’intéresse aux étapes précoces du trafic endocytaire et au rôle plus particulier des arrestines (Figure 2). À ce jour, les arrestines conventionnelles ont été décrites pour leur rôle dans la désensibilisation de récepteurs en interférant avec la liaison des protéines G et leur internalisation dans des vésicules endocytaires. La découverte d’arrestines plus complexes, enrichies de domaines supplémentaires de liaison aux lipides ou à des partenaires protéiques comme chez Dictyostelium laisse envisager un champ d’action plus large pour ces protéines d'échafaudage. Un deuxième aspect porte sur la machinerie ESCRT et la protéine Alix et leur implication dans le tri des récepteurs au niveau d’un compartiment endocytaire intermédiaire (Figure 2). Cette machinerie est détournée par les virus de type HIV pour leur phase de bourgeonnement hors des cellules hôtes. Chez Dictyostelium, l’invalidation d’Alix réalisée par cette équipe conduit à un défaut de développement et suggère l’implication du trafic membranaire dans le programme de différenciation [2, 3].
Figure 2 : Localisation subcellulaire de l’arrestine AdcA et de la protéine Alix de Dictyostelium. A. En phase végétative, la protéine AdcA-GFP (en vert) est présente sur les compartiments endocytaires précoces de Dictyostelium. B. Au cours du développement, la protéine Alix (en vert) est associée à des compartiments de petite taille où sont présents d’autres membres de la machinerie ESCRT.
L’endocytose, indispensable pour assurer l’entrée des nutriments chez Dictyostelium, est aussi son “talon d’Achille”. En effet, la voie endocytaire et les voies de signalisation associées sont détournées par des bactéries pathogènes pour pénétrer dans la cellule et s’y multiplier en évitant l’attaque chimique et enzymatique du lysosome. La permissivité de Dictyostelium vis-à-vis de plusieurs bactéries pathogènes pour l’homme dont Legionella et Mycobacterium en fait depuis peu un hôte privilégié pour disséquer la relation hôte-pathogène.
Avec son programme de développement, Dictyostelium a mis en place un essai vers la multicellularité pour pallier l’arrêt de sa croissance en situation de jeûne. C’est ce cycle de développement, pendant lequel Dictyostelium subit la transition vers la forme multicellulaire (Figure 1), qui a focalisé les recherches pendant des décennies, avec un intérêt particulier pour les phénomènes de chimiotactisme, d’agrégation et de différenciation cellulaire. Plus récemment, Dictyostelium s’est révélée être un modèle alternatif pertinent pour l’étude des mécanismes de mort cellulaire des cellules de la tige [4]. Une collaboration étroite avec P. Golstein (CIML) a permis de montrer que le programme génétique qui conduit à la mort des cellules de la tige ne comporte pas les traits et acteurs caractéristiques de l’apoptose. La mort des tiges est de type autophagique et peut basculer, en absence de gènes d’autophagie, vers un mode nécrotique [5, 6].
Nul doute que l’utilisation du modèle Dictyostelium n’est pas restreinte à l’étude de l’endocytose et de la mort cellulaire programmée. S’il est un point qui différencie positivement l’amibe d’autres organismes modèles comme la levure, c’est la présence dans le génome amibien de gènes codant des homologues de protéines humaines impliquées dans des situations pathologiques. De par son répertoire de gènes apparentés à des gènes humains, Dictyostelium apparaît donc comme un modèle d’avenir pour la compréhension moléculaire des mécanismes menant aux dysfonctionnements pathologiques, essentielle pour permettre de nouveaux progrès dans le domaine de la santé humaine.
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> CONTACTS : Laurence Aubry et Gérard Klein Laboratoire Biochimie et Biophysique des Systèmes Intégrés (iRTSV/BBSI) |
- Aubry L and Firtel R. Integration of signaling networks that regulate Dictyostelium differentiation. 1999, Annual Review of Cell and Developmental Biology. 15: 469-517
- Mattei S, Ryves WJ, Blot B, Sadoul R, Harwood AJ, Satre M, Klein G and Aubry L. Dd-Alix, a conserved endosome-associated protein, controls Dictyostelium development. Developmental Biology, 2005, 279: 99-113
- Mattei S, Klein G, Satre M and Aubry L. Trafficking and developmental signaling: Alix at the crossroads. European Journal of Cell Biology, 2006, 85: 925-936
- Golstein P, Aubry L and Levraud JP. Cell-death alternative model organisms: Why and which? Nature Reviews. Molecular Cell Biology, 2003, 4: 1-10
- Roisin-Bouffay C, Luciani M, Klein G, Levraud JP, Adam M and Golstein P. Developmental cell death in Dictyostelium does not require paracaspase. Journal of Biological Chemistry, 2004, 279: 11489-11494
- Laporte C, Kosta A, Klein G, Aubry L, Lam D, Tresse E, Luciani MF and Golstein P. A necrotic cell death model in a protist. Cell Death and Differentiation, 2007, 14(2): 266-274
