Des protéines de reconnaissance découvertes chez l’amibe : la fonction précède l’organe

par Bernard Dugué
jeudi 30 juin 2011

Le monde invisible des petits organismes ne cessera de nous surprendre. Parmi les êtres unicellulaires, certains n’ont pas de noyau et sont qualifiés de procaryotes par opposition aux eucaryotes, cellules nucléées constituant des plantes et des animaux. L’évolution laisse penser que les premiers systèmes vivants étaient de simples cellules, certaines ayant survécu et faisant l’objet de savantes études. Les levures qu’utilisent les boulangers ou les viticulteurs sont des êtres unicellulaires eucaryotes mais c’est sans doute l’amibe qui, par sa taille et son comportement, suscite le plus grand étonnement. L’amibe appartient au règne animal, contrairement à la levure qui est un champignon. Elle constitue un modèle animal de choix pour les biologistes, avec sa taille pouvant atteindre un millimètre, ses aptitudes motrices et cognitives, et pour finir un génome de taille plus que respectable, 300 milliards de bases en moyenne. L’amibe connue sous le nom de polychaos dubium possède le plus grand génome connu, avec 675 milliards de bases. A côté, le génome humain est petit, avec ses quelques 3 milliards de bases, et que dire de la levure et des bactéries, cellules dotées d’un minuscule génome contenant entre 1 et 12 millions de bases. L’un des animaux pluricellulaires les plus rudimentaires, le nématode, en possède 100 millions, soit un peu moins que les 120 millions de la mouche qui elle, est un animal supérieur. Autant dire que le séquençage complet du génome de l’amibe n’est pas pour après demain, ce qui n’empêche pas d’étudier avec précision comment fonctionne cet être unicellulaire doué de fonction assez sophistiquées.

 

Un des phénomènes surprenant est l’agrégation des amibes lorsque les substances nutritives sont réduites au point d’engager la survie des individus. On observe alors un authentique comportement collectif, le but étant de constituer un conglomérat de milliers de cellules dont la finalité est de permettre la survie tant que les ressources sont absentes. Cette survie est obtenue au prix du sacrifice d’un cinquième de la colonie dont les cellules forment une sorte de queue avant de mourir pour la survie des quatre cinquièmes qui pourront se perpétuer en trouvant des ressources nutritives. Or, dans bien des cas, les amibes ne sont pas constituées d’un seul bloc génétique et les variants sont nombreux, d’où l’éventualité de ce que les chercheurs nomment une triche. Des cellules possédant un patrimoine génétique distinct pourraient profiter du radeau de survie et venir se greffer en commensaux pour se sauver. Mais la nature semble veiller sur le destin de la collectivité. Les scientifiques ont découvert que la capacité d’agrégation est corrélée à la proximité génomique si bien que les amibes dont le patrimoine génétique est distant sont écartées de la colonie au profit de cellules possédant une proximité génétique (Ostrowski et al. Plos, 6(11), e287, (2008)). Ces travaux nous interpellent dans la mesure où ils dévoilent la logique identitaire de comportements coopératifs présents dès les premiers stades de la vie animale. Quand il faut survivre, les amibes s’associent et elles le font en se regroupant selon les proximités génétiques.

 

Les biologistes ont forgé la notion de « kin discrimination » pour désigner le processus par lequel les amibes se regroupent par affinité génétique en excluant les individus distants par le génome. Comment ce phénomène est-il réalisé d’un point de vue moléculaire ? On peut en effet supposer que si les amibes ont une fonction discriminatoire, celle-ci dépend de quelques protéines traduites à partir du génome et reconnues par les « récepteurs cognitifs » des cellules. Si tel est le cas, compte-tenu de la taille du génome, autant chercher une aiguille dans une botte de foin. C’était sans compter la ruse d’une équipe de chercheurs qui eut l’audace de supposer que les molécules permettant aux amibes de se reconnaître entre elles présentaient une proximité avec d’autres molécules qui, dans les organismes supérieurs, servent de reconnaissance et sont impliqués dans les fonctions immunitaires. Ces molécules font partie d’un système baptisé CMH, complexe majeur d’histocompatibilité, présent chez la plupart des vertébrés. Deux protéines suspectées d’être impliquées dans la « kin discrimination » ont été identifiées. TgrB1 et TgrC1 possèdent tous les critères pour assurer cette fonction. Elles sont parentes des molécules du CMH et fonctionnent selon le principe de la clé et de la serrure. Si ma clé ouvre ta serrure, alors on fait équipe ensemble et on s’agrège, sinon, on vit notre destin d’amibe séparément. La démonstration de ce mécanisme a nécessité des expériences très compliquées et vient d’être publiée tout récemment (Shigenori Hirose, Rocio Benabentos, Hsing-I Ho, Adam Kuspa, Gad Shaulsky. Self-Recognition in Social Amoebae Is Mediated by Allelic Pairs of Tiger Genes. Science, June 23, 2011)

 

Cette étude montre pour la première fois la présence d’un mécanisme de reconnaissance du non-moi chez l’amibe, avec comme mécanisme l’intervention de molécules qui fonctionnent comme les immunoglobulines qu’on trouve dans les vertébrés. Cette découverte s’inscrit dans une compréhension plus élargie et inédite de la logique du vivant et de son évolution. On peut déceler la présence d’une finalité dans le vivant, cette finalité se manifestant par le développement de fonctions précises, comme dans le cas ici présenté la reconnaissance entre cellules. Une formule mal employée évoque l’évolution en affirmant que la fonction crée l’organe. On peut aussi bien supposer que l’organe crée la fonction. Mais en étudiant les amibes, une vision inédite se dessine et s’exprime avec une formule, la fonction précède l’organe. Et donc, les organes dans les animaux supérieurs exécutent des fonctions déjà existantes au niveau cellulaire, mais en utilisant une association complexe de cellules. De plus, la nature a conservé quelques mécanismes liés à des molécules précisément responsables de ces fonctions élémentaires. Une nouvelle conception de la vie est donc en mesure d’émerger (Dugué, Le sacre du vivant, essai soumis pour édition)


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