Quelques aspects de la biologie des amibes

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Quelques aspects de la biologie des amibes
Catherine BRAUN-BRETON
[email protected]montp2.fr
Phylogénie des Amoebozoa
- 
Eucaryotes unicellulaires de forme variée déformable et se déplaçant par mouvement “rampant”
on distingue deux grandes catégories selon leur habitat: pour la plupart des amibes libres (existence autonome dans un
milieu aquatique ou sol humide) et amibes parasitaires (se développant essentiellement dans le tube digestif de diverses
espèces animales dont l’Homme)
- 
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Les amibes : des organismes de morphologie variée
La plupart des espèces sont des amibes isolées à pseudopodes lobés
Certaines amibes du sol sont couvertes d'une coquille, le test, qui permet de résister à la dessiccation (Thecamibiens)
Certaines espèces ont des flagelles
Proteus
Entamoeba
Thecamoeba verrucosa
Arcella dentata
Organisation du trophozoïte
rôle avant tout osmo-régulateur
2. Locomotion : mouvement amiboïde avec émission de pseudopodes
le cytoplasme sous deux états distincts :
- l'ectoplasme qui a la texture d'un gel et se situe à la
périphérie
- - l'endoplasme granulaire plus fluide.
- 
Au niveau du pseudopode naissant passage de
l’endoplasme vers l’extrémité et transformation en
gel.
Au niveau du pôle postérieur de l’amibe,
transformation de l’ectoplasme en endoplasme fluide
Mouvement impliquant myosine et micro-filaments
d'actine.
Les pseudopodes participent également à la nutrition
Phagocytose de petites proies (bactéries, levures) ou d’autres protistes, des globules rouges, d’autres amibes
5 µm
50 µm
3. Amibes pathogènes de l’Homme
3.1. Epidémiologie
* Certaines amibes non parasites (vivant dans cours d'eau, lacs, piscines) peuvent exceptionnellement parasiter l’Homme
et entraîner des méningo-encéphalites au pronostic gravissime, le plus souvent fatal. Il s'agit des genres Naegleria,
Hartmanella et Acanthamoeba.
Acanthamoeba : amibiase cutanée (nodules et ulcération de la peau ; rare et limité chez les immunocompétents), kératite
amibienne (inflammation de la cornée; multiplication avec l’usage de lentilles de contact) et encéphalite granulomateuse
amibienne (rare ; issue généralement fatale ; touche essentiellement des personnes immunodéprimées ou abusant de
stéroïdes ; infection par voie nasale ou respiratoire; pathologie également due à Naegleria fowleri)
* 9 espèces d'amibes intestinales parmi lesquelles la seule espèce pathogène est Entamoeba histolytica .
(Dientamoeba fragilis peut être responsable de troubles digestif mais essentiellement porteurs sains)
Distribution géographique des amibiases humaines à Entamoeba histolytica
toutes les zones tropicales ou tempérées
Bangladesh : 40% des enfants sont infectés / an et 80% sont infectés au moins une fois pendant leur enfance
* 12 % de la population mondiale est infectée par Entamoeba histolytica;
50 M de cas de colites et abcès hépatiques et 100 000 morts par an
3.2. Cycle de développement
2 formes : kystes et trophozoïtes
contamination par ingestion de kystes
(eau ou aliments contaminés)
excystation du kyste dans l’intestin,
donne 8 trophozoïtes
Trophozoïte
Mobile
Ingestion de bactéries, particules
alimentaires
Facteurs de virulence
Kyste
Forme de résistance et de transmission
métabolisme anaérobie
dépourvues de mitochondries mais des mitosomes qui semblent correspondre à des mitochondries
dégénérées
capables d'engloutir des érythrocytes et des débris intestinaux pour se nourrir
génome complètement séquencé, environ 20 Mb réparties sur 14 chromosomes
capacité codante élevée : peu d'introns, distances intergéniques courtes, peu de séquences répétées
forme trophozoïte : forme cellulaire végétative et de reproduction
Entamoeba histolytica
le kyste : forme de dissémination passive et de résistance
3.3. la pathologie
Différentes issues d’une infection par Entamoeba histolytica
- 90% asymptomatiques
- 10% d’invasion de la muqueuse du colon (diarrhées)
- <1% abcès hépatiques
d’après Ralston KS (2015)
Virulence d’Entamoeba histolytica
1. Adhésion aux cellules cibles
2. Induction de la mort des cellules ; phagocytose
3. Échappement au système immunitaire
Franchissement de la barrière intestinale
Gal_GalNAC lectine: principal récepteur à la surface des cellules cibles
Effecteurs de la cytotoxicité :
 
Amoebapores
 
cystéine protéases
Les cystéine-protéases : des acteurs majeurs de la pathogénicité
Trogocytose : le mécanisme de virulence re-visité
de la capacité de tuer directement des cellules de
l’hôte dépend la capacité des trophozoïtes à envahir
et détruire les tissus
mise en évidence d’un nouveau mécanisme, la trogocytose
(live imaging)
la mort cellulaire est induite par le trophozoïte
avant phagocytose de la cellule (phagocytose
préférentiellement de cellules mortes)
Le rôle des amoebapores et des cystéines protéases
dans la cytotoxicité n’est pas clair : pas d’activité
cytotoxique de lysats ou de surnageants cellulaires
l’activité des amoebapores nécessite un pH 5,2
Ralston et al. (2014)
Trogocytose = ingestion de « bouchées » de cellules
Phagocytose = ingestion de cellule entière
d’après Ralston KS (2015)
Trogocytose : le mécanisme de virulence re-visité
Ralston et al. (2014)
Chronologie :
- trogocytose
- signal calcique
La trogocytose est restreinte aux cellules vivantes
- mort cellulaire
et dépend de leur déformabilité et de leur taille
Interactions entre le système immunitaire de l’Homme et Entamoeba histolytica
1. Le système immunitaire inné
Neutrophiles
- souvent les premières cellules à intervenir lors d’une infection amibienne
- possiblement recrutées par un signal chimiotactique des amibes et/ou des cellules épithéliales
- les neutrophiles répondent aux trophozoïtes par la libération de dérivés réactifs de l’oxygène (ROS)
- les amibes produisent des enzymes de détoxification des ROS (SOD, peroxiredoxin, NaDPHflavin oxydoréductase)
Macrophages
- activité amibicide après stimulation par IFNγ, TNFα
- reconnaissance des trophozoïtes via TLR -2 : inhibition par le LPPG
- production de NO réduite par l’amibe
- MLIF : pentapeptide anti-inflammatoire sécrété par l’amibe, inhibition IL1 et favorise
production d’IL10
Natural Killers (NK & NK T cells)
- production d’IFN et de peptides cytolytiques après activation
- corrélation entre taux d’IFN et de NK et résistance à l’infection
2. Les cellules épithéliales intestinales
- elles participent à la réponse immunitaire des muqueuses par la sécrétion de médiateurs pro-inflammatoires et
servent de cellules présentatrices d’Ag
- En présence de trophozoïtes, elles produisent plus de cytokines pro-inflammatoires
3. La réponse adaptative
- Humorale (mais transfert passif d’anticorps non efficace) et cellulaire (T CD4+)
- Réponse de type Th1 protectrice, Th2 pathologique modulées par l’amibe : favorise production de cytokines de type
Th2 et inhibe celle de cytokines de type Th1
La flore intestinale joue elle aussi sur le devenir de l’infection amibienne : certaines bactéries favorisent
la virulence de l’amibe et d’autres réduisent cette virulence
Des questions encore ouvertes :
- Quels sont les déterminants de l’infection invasive ou non invasive?
- Quel est le rôle de l’inflammation dans les toutes premières étapes de l’infection ?
- Quels sont les signaux qui initialisent le processus invasif ?
4. Diversité de cycles de vie
4.1. Exemple d’Entamoeba
phase de multiplication (trophozoïte) et enkystement produisant la forme infectante (kystes)
pas de reproduction sexuée
4.2. Les amibes sociales
Les Dictyostelides (une vingtaine d'espèces )
- se nourrissent de bactéries par phagocytose.
- conditions optimales : les amibes peuvent se diviser toutes les 3 heures. Peuvent être cultivées au laboratoire sur un
milieu complexe mais défini (temps de génération 9 heures)
- émission d’un signal (encore inconnu) de dispersion qui leur permet de ne pas épuiser localement la nourriture
d’après O’Day DH & Keszei A (2012) Biological Rev. 87: 313-329
plusieurs états différenciés : deux formes unicellulaires et deux formes pluricellulaires.
Le développement multicellulaire asexué
- en carence alimentaire, les amibes cessent de se repousser et commencent à émettre un attracteur
(généralement de l'AMPc comme chez Dictyostelium discoïdeum).
Ce produit attire les autres amibes du voisinage qui se concentrent et se mettent à leur tour à émettre de
l'attracteur. Cycle: déplacement vers le centre pendant 100 secondes, parcourant ainsi 20 mm, émission d’un
pulse d'attracteur.
- formation d’un agrégat
- formation d’un plasmode (agrégat de quelques centaines à quelques centaines de milliers de cellules maintenu par
des protéines d'adhésion, les discoïdines, propres à chaque espèce
- le plasmode se différencie en une sorte de "limace", dont la taille peut atteindre jusqu'à 1 mm et qui se déplace sur le
support
- la limace possède plusieurs types cellulaires :
les cellules prestalk qui vont former la tige par apoptose
les cellules pré-spores,
1% de cellules sentinelles (cellules S) impliquées dans un mécanisme de défense vis à vis de pathogènes (élimination
par phagocytose des bactéries dangereuses telles que les Legionella)
de la limace au corps fructifère
- La limace peut se déplacer pendant plusieurs jours sur le substrat; dans la nature : attirée par la chaleur et la lumière, elle
atteint la surface de la litière de feuilles
- différenciation en corps fructifère (sporophore ou sporocarpe) composé de 3 parties, un disque basal, un pied et une
masse de spores. Cette différenciation suit un vrai processus morphogénétique comme dans un organisme pluricellulaire
- Les spores sont ensuite libérées dans l’environnement
- Au cours de ce processus, les cellules sont sous forme haploïde
dans le cas de plasmodes mixtes, certaines souches
« gagneuses » produisent plus de spores et moins de
cellules de tige
plus de 100 gènes sont impliqués dans le contrôle
de ce phénomène complexe
Le développement unicellulaire asexué en microcystes
Induit lorsque les amibes (trophozoïtes) sont soumises à une pression osmotique élevée
Enkystement en une forme dormante = microcyste
Très peu caractérisé bien qu’observé chez la plupart des espèces (pas Dictyostelium discoideum)
Le développement multicellulaire sexué en forme dormante macrocyste
Induit par les conditions environnementales (à l’obscurité, en conditions humides, à basse concentration d’ions
phosphate)
Développement hétérothallique (ex D. discoideum) (24h environ)
- initié par la rencontre de deux gamètes mobiles de type sexuel compatible : formation d’une cellule binucléée qui
grossit (cellule géante).
- La cellule binucléée émet de l’AMPc qui attire d'autres cellules d’amibes
- Fusion des noyaux produisant un zygote géant qui ingère les amibes qui l’entourent (cannibalisme) ; la phagocytose
continue jusqu’à ce que toutes les amibes soient dans des endocytes
- Digestion des amibes dans les endosomes et maturation du macrocyste (formation de la paroi) en forme dormante
- Dans des conditions ad hoc, le macrocyste germe: la méiose se produit et des amibes sont relâchées.
d’après O’Day DH & Keszei A (2012) Biological Rev. 87: 313-329
Cannibalisme par phagocytose lors de la multiplication sexuée
- La phosphodiestérase extracellulaire limite le champ d’action de l’AMPc
- Ceci ralentit le processus de phagocytose et permet une accumulation d’amibes autour du macrocyste (pre-cyst
aggregate) , qui vont synthétiser la paroi
d’après O’Day DH & Keszei A (2012) Biological Rev. 87: 313-329
Le développement multicellulaire sexué en forme dormante macrocyste
Des alternatives au modèle d’hétérothallisme
- Selon l’espèce ou la souche d’amibe, développement homo- ou hétéro-thallique
- Deux types de développement hétérothallique
- On retrouve ces différents types chez Dictyostelium discoideum
Gamétogenèse:
Il n’y a pas nécessairement formation
de gamètes (mating types I & II) mais
toujours
de
cellules
fusioncompétentes (mating type III;
bisexual)
La formation de gamètes est induite
par des phéromones (éthylène)
d’après O’Day DH & Keszei A (2012) Biological Rev. 87: 313-329
5. Les amibes sages femmes
un phénomène mis en évidence pour la première fois chez Entamoeba invadens, parasite de serpent
utilisé comme modèle du pathogène humain Entamoeba histolytica. Croissance en culture axénique à
25°C
mais également observé chez d’autres amibes dont Dictyostelium discoïdeum
Le phénomène (« midwifery ») : lors de la mitose d’une amibe, la séparation des deux cellules filles est
réalisée par une amibe voisine, attirée par la cellule en division et appelée amibe sage-femme
- dans environ 30% des cas de division cellulaire chez Entamoeba invadens, coopération entre deux
amibes
- une amibe voisine (amibe « sage femme) se déplace (jusqu’à 200 µm; généralement trajectoire droite et
vitesse d’environ 0,5 – 0,6 µm/s) vers l’amibe en cours de division
a – c : l’amibe sage femme s’aligne contre l’amibe
en division au niveau du sillon de cytodiérèse
d – f : émission d’un pseudopode
perpendiculairement au sillon
g – i : l’amibe sage femme force son passage dans
cette direction et provoque la séparation des
deux cellules
une réponse chimiotactique
- prélèvement de milieu à proximité du sillon d’une cellule en division dans une micropipette
- dépôt à proximité d’une amibe n’ayant pas de cellule en division dans son entourage : dans 70% des cas mouvement
(0,7 µm/s) en direction du dépôt (jusqu’à plus de 100 µm dans 40% des cas)
- comparaison avec milieu frais ou prélevé dans l’environnement d’une amibe qui ne se divise pas : met en évidence
que la molécule attractive est thermorésistante (20 min 95°C), d’une masse moléculaire 50 à 100 kDa, sensible à
l’oxydation; candidat de choix: lipo-phospho-glycane de la membrane plasmique
6. un prédateur comme modèle de pathogenèse bactérienne
Interactions entre bactéries pathogènes opportunistes et protozoaires de l'environnement
Bactéries développant des interactions endosymbiotes ou parasitaires avec des Protistes libres
(Legionella, Mycobacterium, Pseudomonas, Vibrio)
L. pneumophila dans un macrophage (A) et dans une amibe A. polyphaga (B)
Legionella pneumophilia
 
bactérie ubiquitaire de l’environnement
 
résiste à des variations importantes de température, d’osmolarité …
 
résiste à la phagocytose par des protistes qui se nourrissent de bactéries (Ciliés, Amibes)
dans l’environnement, Legionella pneumophilia semble se multiplier préférentiellement, voire exclusivement
dans des protistes
 
Mycobactéries de l’environnement
 
M. marinum (pathogène de poissons et d’amphibiens)
 
M. fortuitum (pathogène d’insectes)
 
M. avium (infections systémiques chez des patients immunodéprimés)
 
tous capables de se multiplier dans des amibes (Acanthamoeba castellani)
 
M. marinum survit dans des kystes d’Acanthamoeba polyphaga
multiplication de L. pneumophila ou M. avium dans A. castellanii / culture axénique
* augmentation de l'efficacité d'invasion de cellules épithéliales ou macrophages
* multiplication plus efficace dans des monocytes ou des macrophages
* virulence plus importante chez la souris
* plus grande résistance aux antibiotiques et aux biocides (eau de javel, chloramine)
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