Chez les animaux ainsi que chez d’autres organismes comme les plantes, des mécanismes de PCD différents de l’apoptose existent et font intervenir des mécanismes indépendants de l’activation des caspases. De tels mécanismes existent notamment chez les plantes, et impliquent des homologues des protéines de type DAP (pour Death Associated Proteins) et AIF (pour Apoptosis-Inducing Factor) (Lorenzo et al., 1999 ; Bialik et Kimchi, 2006). Les protéines DAP contiennent plusieurs classes de protéines différentes, et sont impliquées dans la mort cellulaire induite par l’interferon γ, par Fas/CD95/APO1 et par TNF α (Bialik et Kimchi, 2006). Chez Arabidopsis, plusieurs homologues des DAP ont été identifiés, mais leur fonction reste à l’heure actuelle inconnue. AIF est une flavoprotéine, possédant une activité « NADPH oxydase » et une activité « monodehydro-ascorbate reductase », qui, chez les animaux, est impliquée dans des pathologies associées à une augmentation de l’apoptose comme lors d’une infection HIV-1 ou encore lors d’attaques cardiaques. Après la perméabilisation de la mitochondrie, AIF est adressée vers le noyau où elle a une activité sur la condensation de la chromatine et sur le fragmentation de l’ADN (Penninger et Kroemer, 2003). Chez les plantes, cinq homologues d’AIF ont été identifiés mais leur fonction demeure inconnue (Cande et al., 2002).
II.5.2.2. Autres acteurs
La vacuole joue un rôle essentiel dans les mécanismes liés à la PCD (van Doorn, 2005). Celle-ci semble avoir un rôle de stockage de protéases et de nucléases nécessaires au recyclage des composés intracellulaires.
Une grande variété de protéines sont synthétisées au niveau du réticulum endoplasmique comme des précurseurs de protéines, puis sont acheminées vers la vacuole. Ces protéines, à la manière des caspases animales, nécessitent d’être clivées afin de produire des formes matures de protéases. L’un des événements clef permettant de réguler les mécanismes de PCD est l’activation d’une protéase vacuolaire à cystéine, qui permet la maturation et/ou l’activation d’autres enzymes (Figure 25). La VPE (pour Vacuolar Processing Enzyme) s’autoactive dans la vacuole, aucun autre facteur ne semblant être nécessaire à son activation (Hiraiwa et al., 1999 ; Kuroyanagi et al., 2002). Des fonctions similaires ont été démontrées pour un orthologue animal de VPE, une « asparaginyl endopeptidase », responsable de la maturation de 3 enzymes hydrolytiques des lysosomes, organelles similaires à la vacuole de la plante (Shirahama-Noda et al., 2003). Des études biochimiques ont montré que cette VPE possédait une activité de type caspase-1, retrouvée chez les animaux. Chez Arabidopsis, 4 formes de VPE ont été identifiées (αVPE, βVPE, γVPE et δVPE) et classées en 2 catégories selon leurs homologies et leur profil d’expression (Hara-
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Nishimura et al., 2005). Le quadruple mutant dans les 4 formes de VPE chez Arabidopsis ne développent plus la mort cellulaire induite par la toxine fumonisine B1 (Kuroyanagi et al., 2005). La forme δVPE est indispensable au développement de la graine (Nakaune et al., 2005). La forme γVPE est induite en réponse à une inoculation avec différentes souches de
Pst. Cette γVPE démontre une activité de type caspase-I in vitro, activité qui est détectée
durant une interaction avec Pst. De plus, la surexpression de cette VPE se traduit par une augmentation des fuites d’ions durant l’interaction avec Pst, suggérant qu’elle doit exercer un rôle sur la mise en place de la HR. La mutation altérant le gène codant pour γVPE induit une diminution de la résistance à Pst et Botrytis cinerea. L’ensemble de ces résultats suggère que la γVPE est impliquée dans la mise en place de la HR chez Arabidopsis (Rojo et al., 2004). Chez le Tabac, une VPE a été identifiée et est impliquée dans la mise en place de la HR induite par le virus de la mosaïque du Tabac (TMV pour Tobacco Mosaic Virus), la perte de fonction de cette VPE se traduisant par une forte diminution de la HR (Hatsugai et al., 2004). L’expression chez le Tabac d’une protéine chimérique AtCNGC11/12 se traduit par une apparition spontanée de lésions de type HR. En utilisant un système de suppression de l’expression de la VPE (VIGS), les auteurs ont démontré que le rôle de cette VPE chez le Tabac lors de la mise en place de la PCD liée à la HR, les plantes présentant un retard de l’apparition des lésions et une diminution de leur intensité lors de la mise en place de la HR (Urquhart et al., 2007).
Ces protéases ne sont pas les seules enzymes contenues dans la vacuole. En effet, chez les cellules de Zinnia activant la PCD, la fragmentation de l’ADN prend place une fois le collapse de la vacuole observé, et après un laps de temps très court (Obara et al., 2001). Ceci indique que la vacuole doit contenir des enzymes permettant la dégradation de l’ADN. Plusieurs endonucléases ont été identifiées dans les cellules activant la PCD, mais peu de données confirment leur implication dans la PCD (Sugiyama et al., 2000). La vacuole est donc un organite permettant le stockage d’enzymes qui une fois activées, enclencheront les processus physiologiques associés à la PCD.
En résumé, les mécanismes associés à la PCD végétale sont très complexes, ceux- ci se mettant en place tout au long de la vie de la plante, et en réponse à des stress biotiques et abiotiques. Ainsi, il n’existe pas un cas de PCD végétale mais plusieurs, selon l’événement étudié. Les mécanismes de la HR peuvent être régulés par des homologues de facteurs apoptotiques présents chez les animaux, mais très peu d’entre eux ont été identifiés sur la base de leur homologie avec les acteurs animaux. Il apparaît donc que les plantes ont développé des processus spécifiques, impliquant de multiples acteurs mais dont la nature, le rôle et les interactions sont encore peu connus en comparaison avec les systèmes animaux.
Mort cellulaire Réponses de défense mort
Cellules entourant la zone d’infection : pas de
HR
A B
Répresseur
Activateur
Cellules en contact avec l’agent pathogène : activation de la HR Réponses de défense Mort cellulaire Mort cellulaire Réponses de défense Signal Pas de lésion Cell death A B Réponses de défense Represseur Rétrocontrôle Activateur Lésions Mort cellulaire
hlm1
Figure 26 : Modèle génétique proposé pour expliquer les différents types de LMM.
Mort cellulaire Réponses de défense Signal Lésions […] Cell death A B Represseur Rétrocontrôle Lésions Réponses de défense Activateur Mort cellulaire
vad1
Mutants d’initiation
Mutants de propagation
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II.5.2.4. Les LMM : un outil ayant fait ses preuves pour déchiffrer
les mécanismes de contrôle de la HR
Dans le but d’identifier des gènes impliqués dans le contrôle et l’exécution de la mort cellulaire associée à la HR, l’une des approches développées et qui a porté ses fruits, est de rechercher des mutants présentant une dérégulation de la mort cellulaire, et plus particulièrement la recherche de mutants présentant spontanément des lésions de type HR (LMM, pour Lesion-Mimic Mutants). Plusieurs mutants ont été initialement identifiés chez le Maïs (Hoisington et al., 1982), puis dans d’autres plantes comme le Riz (Takahashi et al., 1999), l’Orge (Wolter et al., 1993) ou encore Arabidopsis (Greenberg et Ausubel, 1993 ; Dietrich et al., 1994).
Ces mutants présentent des phénotypes différents, de par leur conditionnalité, la cinétique d’apparition des lésions, et aussi la couleur ou la taille des lésions. Basées sur ces différences de phénotype, deux classes de LMM ont pu être définies : la classe des mutants d’initiation, qui regroupe des mutants présentant des lésions de taille finie, et la classe des mutants de propagation, qui regroupe des mutants incapables de contrôler l’extension des lésions. Cette classification est basée sur l’idée que deux mécanismes différents sont impliqués dans la régulation de la PCD : un mécanisme contrôlant l’initiation de la PCD, et un mécanisme régulant sa suppression (Figure 26).