6.3: Signalisation chez la levure

Aperçu

Les levures sont des organismes unicellulaires mais, contrairement aux bactéries, ce sont des eucaryotes — cellules qui ont un noyau. La signalisation cellulaire dans la levure est similaire à la signalisation dans d’autres cellules eucaryotes. Un ligand, comme une protéine ou une petite molécule à l’extérieur de la cellule de levure, se fixe à un récepteur sur la surface cellulaire. La liaison stimule les kinases de second messager (enzymes qui phosphorylent des substrats spécifiques) pour activer ou inactiver les facteurs de transcription qui régulent l’expression des gènes. Beaucoup de cascades de signalisation intracellulaire de levure ont des exemplaires semblables dans les Homo sapiens, faisant de la levure un modèle pratique pour étudier la signalisation intracellulaire chez l’homme.

Des cascades de signalisation actionnent la reproduction des levures

Les levures sont membres du règne des champignons. Elles utilisent la signalisation pour diverses fonctions, en particulier pour la reproduction. Les levures peuvent subir une reproduction “ sexuée ” à l’aide de phéromones d’accouplement qui sont des peptides — courtes chaînes d’acides aminés. Les colonies de levures sont composées à la fois de cellules diploïdes et haploïdes. Les deux types de cellules peuvent subir une mitose, mais seules les cellules diploïdes peuvent subir une méiose. Lorsque les cellules diploïdes subissent une méiose, les quatre cellules haploïdes qui en résultent, appelées spores, ne sont pas identiques. En effet, la division d’une cellule diploïde en quatre spores crée des cellules de levure de deux “ sexes ”, chaque ensemble de deux cellules étant du type MAT-a et MAT-alpha.

Les cellules MAT-a sécrètent des signaux d’accouplement appelés phéromones qui attirent les cellules MAT-alpha, et vice versa. Les phéromones d’accouplement se lient aux récepteurs couplés aux protéines G sur les membranes cellulaires. Lors de la liaison, la protéine G initie une cascade de kinases de protéines activées par un mitogène (MAP). Dans cette cascade de signalisation, un membre de la famille des protéines kinases MAP phosphoryle spécifiquement une autre kinase MAP, qui en phosphoryle une autre, et ainsi de suite. Les kinases finissent par phosphoryler des facteurs de transcription qui modifient l’expression de près de 200 gènes pour rendre la cellule réceptive à l’accouplement. Ces changements produisent une élongation de la membrane cellulaire et du cytoplasme dans le sens de la phéromone. Cette élongation est appelée shmoo, et elle continue en suivant le gradient de concentration des phéromones jusqu’à ce qu’elle se connecte avec son compagnon. Les deux cellules de levure fusionnent, mélangeant leurs chromosomes en une seule cellule diploïde.

Signalisation du quorum dans la levure

Même si la levure utilise de nombreux dispositifs de signalisation cellulaire qui sont similaires aux mécanismes de signalisation observés chez les organismes multicellulaires plus complexes, les levures restent des cellules individuelles, des organismes unicellulaires, vivant dans des colonies de la même façon que les bactéries. Comme les bactéries, la levure utilise également des signaux de détection du quorum entre les cellules et même entre les colonies. À une densité cellulaire élevée, la levure commence à sécréter un signal du quorum qui agrège les cellules de levure individuelles en colonies, avec des sous-colonies exprimant des fonctions spécialisées ou des géographies. Les signaux du quorum ne sont pas nécessairement composés de molécules complexes telles que des protéines. En effet, la levure peut produire de l’ammoniac, un composé de faible poids moléculaire, qui sert de signal du quorum séparant les cellules de levure en zones de viabilité et en zones d’apoptose (mort cellulaire programmée). Aux abords d’une colonie, où l’ammoniac est le moins concentré, les cellules prolifèrent. Si suffisamment d’ammoniac est produit, il peut inhiber la croissance de toute la colonie ainsi que la croissance des colonies voisines.

La levure peut infecter les tissus humains

Les infections de levures chez l’homme comprennent le muguet (qui forme des taches blanches douloureuses dans la bouche), l’œsophage de Candida (muguet qui se propage à l’œsophage), les infections vaginales à levures (causant des douleurs vaginales, démangeaisons et brûlures), les démangeaisons cutanées et éruptions cutanées, y compris le pied d’athlète (tinea pedis), et bien d’autres. La forme la plus dangereuse d’infection à levures se produit lorsque le champignon envahit la circulation sanguine (fongémie). C’est une maladie mortelle. Toutes les infections fongiques se propagent lorsque les champignons se développent et se signalent les uns aux autres comme décrit ci-dessus.

- Comme les organismes pluricellulaires,les eucaryotes unicellulaires comme les levurescommuniquent grâce à des protéines réceptricesen surface de la cellule. Par exemple, au cours de l'une des formesde la reproduction des levures,une cellule haploïde, produit de la méiose,relâche des facteurs d'accouplement,des molécules de signalement, comme les phéromones peptides,qui correspondent aux récepteurs spéciauxdes cellules avoisinantes. Une fois les facteurs d'accouplementsliés à un récepteur couplé aux protéines G,des chemins de signalisation intercellulaire plus complexessont initiés.

Plus précisément, la protéine activée liant le GTPet les sous-unités dissociéesinteragissent avec plusieurs autres effecteurset protéines d'échafaudage pour, au final,favoriser l'activation en cascade des protéines kinasequi mène à la transcription de gènesspécifiques à l'accouplement. De plus, cette séquence signale aux cellules de levurede grandir en direction du partenaire avoisinant. Ce processus s'appelle "shmooing".

Lorsque les deux se rejoignent,leurs noyaux et ADN fusionnenten une cellule de levure diploïde.