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Posté par Adrien le Jeudi 30/03/2017 à 00:00
Un cas d'immunité comportementale chez la drosophile
Les eucaryotes disposent d'un système immunitaire leur permettant d'éliminer les microorganismes pathogènes. Cette réponse directement antimicrobienne peut s'accompagner d'une immunité dite comportementale par laquelle l'hôte modifie son comportement pour minimiser l'impact de l'infection. L'équipe de Julien Royet à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des êtres...) du développement de Marseille, révèle les mécanismes par lesquels la détection d'un composant des bactéries par le système nerveux (Le système nerveux est un système en réseau formé des organes des sens, des nerfs, de l'encéphale, de la moelle épinière, etc. Il coordonne les mouvements musculaires, contrôle le...) de la drosophile affecte son comportement. Cette étude a été publiée le 7 mars 2017 dans la revue eLife.


Figure 1: Lors d'une infection, les bactéries présentes dans la cavité abdominale de l'hôte prolifèrent. Pendant cette phase de multiplication (La multiplication est l'une des quatre opérations de l'arithmétique élémentaire avec l'addition, la soustraction et la division .), des composants bactériens tels que le peptidoglycane (Le peptidoglycane (ou muréine, ou mucocomplexe, ou mucopeptide) est un polymère de glycosaminopeptide où la N-acétylglucosamine (NAG) et l'acide N-acétylmuramique (NAM) sont liés par des liaisons osidiques . Le peptidoglycane est un...) se retrouvent dans le sang (Le sang est un tissu conjonctif liquide formé de populations cellulaires libres, dont le plasma est la substance fondamentale et est présent chez la plupart des animaux....) circulant (appelé hémolymphe chez les insectes). Les cellules immunitaires possèdent à leur surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) un récepteur sentinelle (appelé PGRP) qui détecte la présence de ce peptidoglycane et active une réponse immunitaire pour éradiquer l'infection. Le peptidoglycane est également détecté par les neurones octopaminergiques grâce à une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on parle de...) PGRP intra-cytoplasmique. Cette détection neuronale permet à la drosophile de modifier son comportement pour s'adapter à son statut infectieux.
© Julien Royet

Les organismes eucaryotes vivent dans un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques...) peuplé de microorganismes dont la plupart sont inoffensifs. Cependant, comme certains sont pathogènes et constituent une menace pour l'intégrité de l'hôte, les animaux sont dotés d'un système immunitaire (Le système immunitaire d'un organisme est un ensemble coordonné d'éléments de reconnaissance et de défense qui discrimine le « soi » du...) qui détecte et élimine l'agent infectieux. En complément des stratégies d'éradication directe de l'agent causal de l'infection, les animaux adoptent des comportements, regroupés sous le terme générique d'immunité comportementale, visant à réduire l'impact de l'infection sur eux mêmes ou sur leur descendance. Alors que les mécanismes moléculaires de détection et d'élimination des microorganismes par le système immunitaire sont connus avec une grande précision, les médiateurs et les effecteurs de l'immunité comportementale demeurent largement ignorés.

L'équipe de Julien Royet étudie les relations entre les bactéries et un hôte eucaryote, la mouche (Mouche est un nom vernaculaire ambigu en français. Le terme mouche (/muʃ/) provient du mot italien musca, qui désigne de nos jours principalement un genre (Musca) comprenant la mouche...) du vinaigre (Le vinaigre est un liquide acide (pH généralement compris entre 2 et 3), obtenu grâce à l'oxydation de l'éthanol dans le vin, le cidre, la bière et autres boissons fermentées. Le vinaigre commun comporte une...) Drosophila melanogaster. Plusieurs équipes, dont celle de J. Royet, ont démontré que la drosophile décèle la présence d'une bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire...) en reconnaissant un composant universel de la paroi bactérienne (La paroi bactérienne est un élément de la structure bactérienne présent chez toutes les bactéries (sauf les Mycoplasmes) : elle leur confère notamment leur forme.), le peptidoglycane (PGN). La détection du peptidoglycane par un récepteur sentinelle de la drosophile, appelé PGRP (pour "PeptidoGlycan Recognition Protein"), provoque la production par les cellules immunitaires (les cellules de l'intestin (L'intestin est la partie du système digestif qui s'étend de la sortie de l'estomac à l'anus. Chez les humains et la plupart des mammifères, il est divisé en deux parties...) et celles du corps gras) de molécules antibactériennes qui détruisent les bactéries infectieuses. Cette production requiert la voie de signalisation NF-?B dont le rôle est également essentiel dans la réponse immunitaire chez l'Homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme...).


Figure 2: Drosophile infectée par une bactérie. La réponse immunitaire est visualisée par la production d'une protéine qui fluoresce dans le rouge.
© Bernard Charroux

Dans cette nouvelle étude, l'équipe de Julien Royet a cherché à tester si la détection des bactéries par la drosophile peut avoir un impact sur son comportement et à en déterminer les possibles mécanismes. Ce travail montre que les drosophiles infectées pondent, de manière temporaire, moins d'oeufs que les drosophiles saines. En utilisant les puissants outils génétiques disponibles chez la drosophile, Leopold Kurz, Bernard Charroux et leurs collaborateurs au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle des mammifères qui englobe...) de l'équipe démontrent que, comme pour la réponse immunitaire, l'altération comportementale déclenchée par la bactérie dépend d'une interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) entre le PGN bactérien et les récepteurs PGRP et requiert la voie NF-kB. Cependant, à la différence de la réponse immunitaire, la réponse comportementale nécessite que l'activation (Activation peut faire référence à :) de la voie NF-kB ait lieu dans les neurones et plus précisément dans les neurones octopaminergiques qui contrôlent la ponte chez la drosophile.

Cette étude montre qu'un même ligand bactérien (le PGN) et une même cascade de signalisation (NF-kB) sont utilisés par les cellules immunitaires pour produire les protéines antimicrobiennes et par les neurones octopaminergiques pour adapter le comportement de ponte de la mouche à son état infectieux. En parallèle, des travaux récents conduits chez la souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus, connue aussi...), montrent que le PGN produit par les bactéries du microbiote (Le microbiote est une nouvelle dénomination de la microflore.) intestinal peut être transloqué dans le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps,...) et que des souris mutantes pour une protéine PGRP présentent des troubles du comportement. Ces résultats suggèrent que les mécanismes d'interactions entre bactéries et système nerveux mis à jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le...) chez la drosophile pourraient également exister chez les mammifères.

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Source: CNRS-INSB