Caenorhabditis elegans

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Caenorhabditis elegans est un nématode de la famille des Rhabditidae. C'est un organisme modèle en biologie moléculaire, car il permet l'étude, entre autres, de l'apoptose (mort programmée de certaines cellules), du vieillissement cellulaire et du développement embryonnaire.

Description[modifier | modifier le code]

Déplacement d'un C. elegans sauvage, la tête étant à droite.

C. elegans est un petit ver transparent d'environ un millimètre de longueur, menant une vie autonome dans le sol. Son embryogenèse ne dure que 16 heures et peut être facilement observée in vitro[1]. La plupart des individus sont hermaphrodites (XX) et produisent à la fois des œufs et des spermatozoïdes. Il y a quelques mâles (XO). Ce nématode se reproduit environ tous les trois jours, et sa durée de vie est d'environ trois semaines[2].

Pour l'observation au microscope photonique, il peut être fixé entre lame et lamelle, ou observé vivant entre lame et lamelle dans de la gélose.

Animal-modèle de laboratoire[modifier | modifier le code]

C. elegans

C. elegans a été introduit dans les laboratoires de génétique dans les années 1970 par Sydney Brenner, pour répondre au besoin d'un modèle génétique pour comprendre l'élaboration d'un organisme pluricellulaire. Les « pères » du modèle Caenorhabditis elegans, Sydney Brenner, John Sulston et Robert Horvitz, ont reçu le prix Nobel en 2002[3].

Le nématode possède un nombre fixe de cellules (eutélie). En 1983, Sir John Sulston en publia les lignages cellulaires.

  • L'adulte hermaphrodite (99,5 % des individus) est composé de 959 noyaux somatiques dont tous les lignages ont pu être définis (il existe aussi des syncitiums, mais on ne peut donc pas parler de cellules au sens premier du terme).
  • L'adulte mâle (0,5 % des individus) est formé de 1031 tandis que
  • le jeune est constitué de 1 090 noyaux somatiques.

Le lignage des cellules est remarquablement invariant d'un individu à l'autre. Il a pu être établi pour toutes les cellules de l’œuf fécondé jusqu'au ver adulte.

Au cours de la vie du ver, il y a multiplication cellulaire, puis mort par apoptose de 131 cellules (représentant la différence entre les 1 090 cellules du jeune et les 959 de l'adulte). Ces cellules se « suicident » à peu près au même moment et au même endroit dans tous les embryons.

La simplicité de ce ver s'est imposée dans l'étude du vieillissement et de l'apoptose. Une grande partie des cellules du ver (302) sont des cellules neuronales, permettant également l'étude du système nerveux.

En 1998 ce ver fut le premier dont le génome ait été totalement séquencé : 97 millions de pairs de base réparties en six chromosomes (organisme diploïde) codant 19.099 gènes. Quarante pour cent d'entre eux auraient des équivalents dans le patrimoine génétique humain. Les ancêtres de ce ver ainsi que ceux des hommes n'auraient divergé qu'il y a 550 millions d'années. L'ensemble des informations génomiques concernant cet organisme sont compilées dans WormBase.

Génétique de la voie de la mort programmée[modifier | modifier le code]

Robert Horvitz et son équipe de Boston a pu identifier par mutagenèse dirigée, les divers gènes produisant les protéines qui contrôlent la mort cellulaire programmée durant le développement de C. elegans. Ils ont trouvé des mutants chez lesquels les 131 cellules normalement destinées à disparaître par apoptose échappent à la mort programmée.

Les gènes intervenant dans les mutation ont été appelés ced (pour cell death-abnormal). Les 131 cellules programmées à mourir, survivent chez les vers dont le gène ced-3 ou ced-4 a été inactivé. Le gène ced-9 a l'effet inverse puisque c'est l'absence de la protéine ced-9 qui entraîne l'emballement des mises mort qui frappent alors les 1 090 cellules de l'embryon.

L'étude génétique et moléculaire de ces mutations[4] a montré que les protéines ced-3 et ced-4 sont responsables du déclenchement de l'apoptose et que ced-9 restreint leur effet. Si les trois gènes ced-3, ced-4 et ced-9 sont inactivés, aucune cellules de l'embryon ne subit de mort programmée. La survie des 959 cellules de l'embryon tient donc à un jeu d'équilibre entre les exécuteurs (ced-3, ced-4) et le protecteur (ced-9). Suivant la formulation de Nicole Le Douarin[4] « chaque cellule de l'embryon produit les protéines capables de la tuer. Ne survivent que celles qui sont aptes, pour un temps, à s'opposer à la mise en œuvre du programme de mort ».

La voie génétique de l'apoptose chez C. elegans. La protéine ced-3 a besoin de ced-4 pour déclencher la cascade de réactions conduisant à la mort cellulaire. Le protecteur ced-9 empêche indirectement l'exécuteur ced-3 d'agir : il se lie à ced-4 dont le rôle d'activateur de ced-3 est ainsi bloqué. Enfin, la protéine egl-1 se lie à la protéine ced-9 pour limiter son rôle protecteur (d'après Conradt et Xue[5] 2005, simplifié)

Un troisième gène provoquant la mort programmée a été découvert en 1998 par Robert Horvitz. Il s'agit de egl-1 (pour egg-laying defective) qui avec ced-3 et ced-4 est nécessaire pour réaliser le développement normal de C. elegans. La mutation d'un de ces gènes se traduit par la survie de pratiquement toutes les cellules normalement vouées à disparaître. La protéine egl-1 se lit à celle de ced-9 pour lui interdire son rôle de protecteur.

Les études génétiques de C. elegans ont conduit à l'identification de plus de deux douzaines de gènes dans la spécification des cellules destinées à mourir ou à vivre, dans l'activation du programme de suicide puis l'élimination des cellules mortes (Conradt & Xue[5], 2005). Mais ced-3, ced-4, ced-9 et egl-1 paraissent bien être les acteurs les plus importants du programme de mise à mort.

Dans toutes les cellules, il existe donc un appareil suicidaire en permanence actif et nécessitant la mise en jeu d'inhibiteurs, seuls capables d'assurer la survie cellulaire[4]. La mise à mort de certaines cellules embryonnaires se présente dès lors comme un processus naturel en permanence actif et qui doit être combattu en permanence, sauf en certains lieux, à certains moments.

Des équivalents de ces gènes chez l'homme ont été trouvés : bax,bad,bak et bim pour l'apoptose, et bcl-2,bclxl pour la survie de cellules. Les protéines effectrices de la voie apoptotique sont des enzymes appelées caspases. Ainsi, la protéine produite par ced-3 est une caspase.

Résistance[modifier | modifier le code]

Comme de nombreux nématodes, à certains stades de son développement, ce ver peut produire des larves dauer, plus résistantes et capables de survivre durant plusieurs mois en diapause.

Anecdote[modifier | modifier le code]

On a retrouvé des spécimens d'étude de C. elegans vivants dans les débris de la navette spatiale Colombia en février 2003[6].


L'anatomie interne

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Scott-F Gilbert, Susan-R Singer, Sylvie Rolin (trad), Etienne Brachet (trad.), Biologie du développement, De Boeck,‎ 2004
  2. (en) L. Byerly, R.C. Cassada et R.L. Russell, « The life cycle of the nematode Caenorhabditis elelgans : I. Wild-type growth and reproduction », Developmental Biology, vol. 51, no 1,‎ 1976, p. 23-33
  3. Nobelprize.org, « The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2002 »,‎ 2002 (consulté le 17 mars 2011)
  4. a, b et c Nicole Le Douarin, Les cellules souches, porteuses d'immortalité, Odile Jacob,‎ 2007
  5. a et b Barbara Conradt, Ding Xue, « Programmed cell death », WormBook, ed. The C. elegans Research Community, WormBook,‎ 2005, doi/10.1895/wormbook.1.32.1
  6. (en) « Worms survived Columbia disaster », BBC News,‎ 1er mai 2003 (lire en ligne)

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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