Chapitre II : Le contrôle moléculaire de la HR, une forme de mort cellulaire associée à la
5. L’exécution du programme de mort cellulaire hypersensible
5.3 Les acteurs de la mort cellulaire hypersensible
5.3.1 Acteurs identifiés par la recherche d’homologues des régulateurs de l’apoptose chez les
Une des approches pour identifier des régulateurs du programme de mort cellulaire hypersensible est de rechercher des homologues chez les plantes des régulateurs animaux. En effet, plusieurs similarités morphologiques et biochimiques ont été trouvées entre les cellules en apoptose ou subissant la HR.
Les mécanismes principaux de l’apoptose chez les animaux font intervenir des cascades protéolytiques recrutant des protéases à cystéines, clivant leur substrat au niveau d’un résidu aspartate et nommées caspases (Hengartner and Horvitz, 1994). Il existe deux voies principales d’activation des caspases : la voie des « Récepteurs de mort » et la voie mitochondriale (Figure 32) (Kaufmann and Hengartner, 2001).
- Les récepteurs de mort membranaires ont en commun un motif cytoplasmique, nommé domaine de mort capable de lier des ligands cytoplasmiques conduisant à la formation de complexe inducteur (Weber and Vincenz, 2001). Une fois ce complexe formé, des changements de conformation permettent la fixation du pro-domaine de la pro-caspase 8, précurseur de la caspase 8. Cette fixation provoque le clivage auto-catalytique d’une caspase 8 active, elle-même susceptible d’activer ensuite d’autres caspases (Salvesen and Dixit, 1999).
- La voie mitochondriale induit le relarguage de plusieurs polypeptides dont le cytochrome C mitochondrial vers le cytoplasme. Ce re-larguage est possible grâce au recrutement dans la membrane externe de la mitochondrie, des membres pro-apoptotiques de la famille Bcl-2, Bax et Bak. La libération du cytochrome C dans le cytoplasme va permettre sa liaison à la protéine Apaf-1 (Apoptotic protease- activating factor) provoquant ainsi son oligomérisation. La procaspase peut se fixer sur les oligomères d’Apaf-1, formant un complexe appelé apoptosome et activer de façon protéolytique d’autres caspases (Kaufmann and Hengartner, 2001).
Chez les plantes, en utilisant des oligopeptides de synthèse correspondant aux substrats de caspases et aux inhibiteurs de caspases, ont été mises en évidence des activités caspases (Bozhkov et al., 2004). La recherche de caspase-like proteins (CLP) a conduit à l’identification de para- et méta-caspases qui ne contiennent pas le motif correspondant au site actif des caspases, mais présentent néanmoins de fortes homologies avec celles-ci. Les études réalisées sur l’unique métacaspase de type 1 de la levure, Yca1, suggèrent que les métacaspases pourraient être des candidates pour le rôle de protéases exécutrices de la mort cellulaire chez les plantes et les champignons (Madeo et al., 2002).
Au-delà de ces métacaspases, les enzymes VPE (Vacuolar Procession Enzyme), protéases vacuolaires à cystéine, dont l’activation permet la maturation d’autres protéines constitueraient des éléments clé permettant de réguler les mécanismes de PCD. Par ailleurs, elles possèdent une homologie structurale importante avec les caspases animales (Hofius et al., 2007). Chez Arabidopsis, 4 formes de VPE ont été identifiées (VPE, VPE, VPE, VPE). De façon intéressante, la forme VPE est induite en réponse à
une inoculation avec différentes souches de Pst. Cette VPE montre une activité de type caspase in vitro, activité qui est détectée durant une interaction avec Pst. De plus, l’expression de cette VPE se traduit par une augmentation des fuites d’ions durant l’infection à Pst, suggérant qu’elle doit exercer un rôle sur la mise en place de la HR. Enfin, la mutation du gène VPE induit une diminution de la résistance à Pst et à Botrytis cinerea. Ces résultats montrent donc que la VPE est impliquée dans la mise en place de la HR
chez Arabidopsis (Rojo et al., 2004).
Le gène BAX active la mort cellulaire chez les animaux en interagissant avec la membrane de la mitochondrie (Lam et al., 1999). L’induction d’une PCD, via la surexpression de BAX chez les plantes,
Figure 34 : Modèle génétique proposé pour expliquer les différents type de mutants « lésions spontanées » (Lorrain, 2004).
L’activation des mécanismes de défense et de la HR est sous le contrôle d’activateurs (A1, A2) et de répresseurs (R1, R2). De plus la HR est régulée par un rétrocontrôle négatif (RC) qui participe à sa limitation. A. Chez les mutants d’initiation, une mutation dans un répresseur ou dans un activateur induit l’activation des mécanismes de défense et de la HR, de même que la génération d’un signal qui active ces mécanismes dans les cellules voisines. Le RC limite l’activation de la HR, conduisant à des lésions de taille finie. Le mutant hlm1 est un mutant d’initiation, l’auto-fluorescence des lésions permet de visualiser les zones nécrotique (Balagué et
al., 2003).
B. Les mutants de propagation seraient affectés dans un élément du rétrocontrôle. Ainsi, une fois que la PCD est initiée, elle se propage de cellules à cellules, sans possibilité de contrôle. Le mutant vad1 appartient à cette classe, la mort cellulaire se propage à proximité des tissus vasculaires comme le montre l’auto-fluorescence observée dans cette zone (Lorrain et al., 2004).
Figure 33: Modèle de la suppression de la mort cellulaire par BI-1 (Bax-Inhibitor-1) (D’après Nagano et al., 2009).
La mort cellulaire est généralement accompagnée d’une augmentation du Ca2+ cytosolique. La calmoduline, qui lie le calcium, interagit avec le domaine coiled-coil de BI-1 (Ihara-Ohori et al., 2007), menant à l’association entre BI-1 et le complexe contenant le cytochrome b5/FAH de la membrane du réticulum endoplasmique. Il s’en suit une augmentation de l’hydroxylation des sphingolipides dont il résulte différentes réactions possibles : (i) l’inactivation de la transduction du signal médiée par les céramides menant à la mort cellulaire, (ii) le renforcement des « rafts » lipidiques. Cette série d’évènements causent la suppression de la mort cellulaire.
BI-1 : Bax-Inhibitor-1 ; CaM : Calmoduline ; Cb5 : cytochrome b5 ; FAH : Fatty Acid 2-hydroxylase; RE : Réticulum
endoplasmique.
Signal d’induction de la mort cellulaire
Augmentation de [Ca2+] cytosolique
2-hydroxylation des sphingolipides Renforcement des
rafts lipidiques
Cytoplasme
RE
Inactivation de la transduction du signal céramide
Suppression de la mort cellulaire hlm1 vad1 hlm1 vad1
requiert également le domaine d’adressage à la mitochondrie de BAX (Lacomme and Santa Cruz, 1999). Le gène Bax-Inhibitor 1 (BI-1) est capable de supprimer la mort cellulaire induite par le gène BAX chez les animaux (Xu and Reed, 1998), mais également chez Arabidopsis (Huckelhoven et al., 2003). En effet, un homologue de ce gène a été identifié dans le génome d’Arabidopsis (AtBI-1) (Danon et al., 2000). AtBI-1 supprimerait la mort cellulaire en inactivant le signal de transduction de nature sphingolipidique. En effet AtBI-1 interagit avec AtFAH1, une sphingolipide hydroxylase via son interaction avec le cytochrome b5 (AtCb5). Ce complexe active alors l’hydroxylation des ceramides qui ne joueraient plus leur rôle de signal de mort cellulaire (cf Chapitre III ) (Figure 33).