Les métallothionéines chez les Mollusques

D’après le Tableau I-3, les MTs chez les mollusques forment une famille à part entière avec les moules qui constituent 2 sous-groupes, les autres mollusques à l’exception des

gastéropodes formant un 3ème sous-groupe. Le 4ème sous-groupe est constitué des

gastéropodes. Chez ces derniers, de nombreuses études ont été réalisées sur des espèces aquatiques et terrestres. Les gastéropodes constituent l'une des classes du phylum des mollusques les plus riches en espèces dont les isoformes de MT ont été identifiées (Figure I-10). De nombreuses séquences nucléotidiques codant les MTs chez les mollusques sont disponibles sur GenBank.

Figure I-10 : Arbre phylogénétique des métallothionéines chez les mollusques construit à partir des séquences nucléotidiques et la méthode du plus proche voisin.

Intr oduc ti on Gé né ra le

Des données sont disponibles sur les MTs de mollusques d’organismes modèles aquatiques comme l’huître ou la moule (Geffard et al., 2003). Chez C. gigas des variations de quantités de MTs (évalués par la technique Elisa) ont été démontrées dans les gonades durant la gamétogenèse (Meistertzheim et al., 2009). Toujours chez C. gigas, in vitro, des expositions d’hémocytes à du Cd ont permis de mettre en évidence l’existence d’un niveau seuil (situé entre 5 et 10 µM de Cd) en dessous duquel il n’y a pas d’induction d’ARNm de MTs. Un niveau d’induction maximal a été rapporté pour des concentrations comprises entre 10 et 36 µM de Cd. Pour des concentrations supérieures à 36 µM une diminution du taux des ARNm a été démontrée (Roesijadi et al., 1997). Chez la moule M. edulis, 2 gènes (MT10 et

20) ont été clonés. Après exposition à 0,4 mg/L de Cd, une augmentation des quantités

d’ARNm a été mise en évidence par Northern blot (Barsyte et al., 1999). Cette technique a également permis de démontrer une augmentation de l’expression des gènes MT10 et MT20 chez des moules exposées au Cu (35 ppb) et à du pétrole (0,3 mL/L) pendant 10 jours (Lilja et al., 2008). Chez M. galloprovincialis, l’expression des gènes de MT a été étudiée par qPCR et les résultats ont montré que le gène MT10 est induit par le Cd, le Zn et le Cu alors que le gène

MT20 est activé par le Cd et l’H2O2. Chez le bigorneau Littorina littorea, English (2003) a identifié la séquence nucléotidique codant une MT et démontré par Northern qu’elle était surexprimée en réponse à des stress environnementaux (anoxie et froid) dans l’hépatopancréas et le muscle du pied. Après exposition au Cd (400 µg/L pendant 1 mois), une augmentation des quantités de MTs a été démontrée dans les branchies et le foie de cette même espèce (Bebianno et al., 1992 ; Bebianno et Langston, 1995).

I.4.4.1. Chez les gastéropodes pulmonés

Les MTs ont été identifiées chez plusieurs espèces d’escargots terrestres comme Cepaea

hortensis, Helix aspersa (C. aspersus), H. pomatia, Arianta arbustorum, Nesiohelix smarangea et Biomphalaria glabrata chez les aquatiques. Un alignement des séquences

protéiques des MTs chez ces gastéropodes permet de mettre en évidence 3 grands groupes représentés par chacune des 3 MTs classiquement trouvées chez ces espèces : la CdMT, la CuMT et la Cd/CuMT (Palacios et al., 2011 , Figure I-11)

Figure I-11 : Arbre phylogénétique des métallothionéines chez les gastéropodes construit à partir des séquences d’acides aminés et la méthode du plus proche voisin.

Megathura crenulata a été utilisée comme espèce hors groupe (d’après Palacios et al. 2011)

Chez A. arbustorum, deux isoformes de MTs (MTa et MTb) ont été isolées par HPLC. Leurs structures sont quasiment identiques (à un acide aminé près) et présentent un fort taux de similarité avec la séquence de la CdMT connue chez H. pomatia (Berger et al., 1995). Pérez-Rafael et al. (2012) ont démontré chez le gastéropode marin Megathura crenulata que

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la seule MT connue est peu spécifique avec un rôle suspecté dans diverses fonctions physiologiques (détoxication (Cd), homéostasie (Cu), stress oxydatif, « nettoyage du Zn »).

Chez l’escargot de Bourgogne H. pomatia, espèce très proche d’H. aspersa, les MTs ont fait l’objet de nombreuses études en particulier par l’équipe du Professeur Dallinger spécialiste reconnu des MTs chez les escargots hélicidés notamment. Deux isoformes ont été identifiées et très bien caractérisées, différant par leurs structures et leurs spécificités. La première, le peptide spécifique du Cd (HpCdMT) isolée à partir d’hépatopancréas (Dallinger and Rainbow, 1993), est capable de séquestrer 85 à 95% du Cd accumulé dans les tissus (Dallinger et al., 1997). Son lieu de synthèse majoritaire est situé dans les cellules d’hépatopancréas mais aussi de façon moins importante dans les cellules épithéliales du pied, du foie ou de l’intestin (Chabicovsky et al., 2003 ; Palacios et al., 2011). Sa sélectivité vis-à- vis du Cd a été démontrée ainsi que son rôle dans la détoxication de ce métal non essentiel dans les tissus digestifs (Chabicovsky et al., 2003). Chabicovsky et al. (2004) ont démontré l’existence d’une capacité maximale de liaison du Cd par la HpCdMT laissant supposer des capacités de détoxication limitées.

La seconde isoforme, initialement isolée à partir du manteau, est synthétisée dans un type de cellules appelées rhogocytes qui sont les sites de synthèse de l’hémocyanine (protéine comportant des atomes de Cu pour le transport de l’oxygène dans l’hémolymphe des mollusques) (Chabicovsky et al., 2003). Elle est exclusivement associée au Cu (HpCuMT ; Berger et al., 1997) et intervient dans la régulation de ce métal en lien avec la synthèse d’hémocyanine (Dallinger et al., 1997 ; Dallinger, 2005). L’existence d’une troisième isoforme mixte chez cette espèce a été rapportée par Palacios et al. (2011).

I.4.4.2. Chez le petit-gris Helix aspersa

Chez cette espèce, Hispard et al. (2008a) ont isolé et caractérisé 3 isoformes à partir de cellules digestives. La première est l’isoforme spécifique du Cu (CuMT) et présente une structure semblable à celle de l’escargot de Bourgogne. La deuxième est l’isoforme spécifique du Cd (CdMT) avec une structure protéique très proche de celles déjà découvertes chez H.

pomatia ou A. arbustorum. Une étude par PCR a permis de démontrer une surexpression du

gène codant cette isoforme par le Cd. Une troisième isoforme (CdCuMT), jamais encore détectée chez les gastéropodes, a été identifiée et caractérisée pour la première fois chez H.

aspersa (Hispard et al., 2008a). Elle possède une structure intermédiaire entre la Cu et la

CdMT et montre des différences dans sa séquence protéique (Schuler et al., 2008) avec les 2 autres MTs (Figure I-12). Cette isoforme mixte, semble être en mesure de fixer des atomes de Cd et Cu mais n’a montré aucune spécificité vis-à-vis du Cd et Cu (Hispard et al., 2008a).

Figure I-12 : Séquences primaires des 3 métallothionéines identifiées chez l’escargot adulte Helix aspersa.

Ces séquences sont disponibles sur GenBank sous les références ABM55268 (CuMT), ABL73910 (CdMT) et ABM92276 (Cd/CuMT).

Les 3 séquences protéiques diffèrent seulement par quelques résidus non-Cys, prouvant l’importance de ces acides aminés dans la détermination de la spécificité métallique de chaque isoforme (Palacios et al., 2011 ; Schuler et al., 2008).