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Apicoplaste

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Un apicoplaste est un plaste non photosynthétique dérivé que l'on trouve dans la plupart des apicomplexes, tels que Toxoplasma gondii, Plasmodium falciparum et d'autres Plasmodium spp. (parasites responsables du paludisme), mais pas chez d'autres comme Cryptosporidium. Il est issu d'algues par endosymbiose secondaire ; il y a un débat quant à savoir s'il s'agissait d'une algue verte ou rouge. L'apicoplaste est entouré de quatre membranes situées à l'intérieur de la partie la plus externe du système endomembranaire[1]. L'apicoplaste est le lieu de voies métaboliques importantes telles que la synthèse des acides gras, la synthèse des précurseurs des isoprénoïdes et une partie de la voie de biosynthèse de l'hème[2].

Importance

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Les apicoplastes sont des plastes reliques non photosynthétiques que l'on trouve chez la plupart des parasites protozoaires appartenant au phylum Apicomplexa[3],[4]. Parmi les parasites apicomplexes les plus tristement célèbres se trouve Plasmodium falciparum, un agent responsable d'une forme sévère de paludisme. Les apicoplastes constituent une cible intéressante pour les médicaments antipaludiques car ils sont essentiels à la survie de ces parasites[5]. Plus précisément, les propriétés similaires à celles des végétaux des apicoplastes constituent une cible pour les médicaments herbicides[4]. Et avec l’émergence de souches de paludisme résistantes aux traitements actuels, il est primordial que de nouvelles thérapies, comme les herbicides, soient explorées et comprises[5]. De plus, les herbicides peuvent être capables de cibler spécifiquement l'apicoplaste similaire à celui des plantes du parasite sans aucun effet notable sur les cellules de l'hôte mammifère.[réf. nécessaire]</link>[ citation requise ]

Origine évolutive

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Les preuves suggèrent que l'apicoplaste est un produit de l'endosymbiose secondaire[6], et que l'apicoplaste peut être homologue du plaste secondaire des algues dinoflagellées, étroitement apparentées. Une ancienne cyanobactérie a d’abord été ingérée par une cellule eucaryote mais n’a pas été digérée. La bactérie a échappé à la digestion car elle a formé une relation symbiotique avec la cellule eucaryote hôte ; l'eucaryote et la bactérie ont mutuellement bénéficié de leur nouvelle existence commune[7]. Le résultat de l’endosymbiose primaire était une algue eucaryote photosynthétique. Un descendant de cette algue eucaryote a ensuite été lui-même ingéré par un eucaryote hétérotrophe avec lequel il a noué sa propre relation symbiotique et a été conservé sous forme de plaste[8]. L'apicoplaste a évolué dans son nouveau rôle pour préserver uniquement les fonctions et les gènes nécessaires pour contribuer de manière bénéfique à la relation hôte-organite. Le génome ancestral de plus de 150 kb a été réduit par délétions et réarrangements à sa taille actuelle de 35 kb[4]. Lors de la réorganisation du plaste, l'apicoplaste a perdu sa capacité de faire de la photosynthèse[8]. On suppose que ces pertes de fonctions se sont produites à un stade précoce de l'évolution afin d'avoir laissé suffisamment de temps pour la dégradation complète des reliques photosynthétiques reconnues[4] et la disparition d'un nucléomorphe[8].

Architecture et distribution

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La plupart des Apicomplexes contiennent un seul apicoplaste ovoïde qui se trouve à l'avant de la cellule parasitaire envahissante[4]. L'apicoplaste est situé à proximité du noyau de la cellule et est souvent étroitement associé à une mitochondrie. Ce petit plaste, seulement 0,15–1,5 μm de diamètre[4], est entouré de quatre membranes[8]. Les deux membranes internes sont dérivées des membranes plastidiques des algues[4]; la membrane suivante s'appelle la membrane périplastidienne et est dérivée de la membrane plasmique des algues. Enfin, la membrane la plus externe appartient au système endomembranaire hôte[9]. Dans le stroma de l'apicoplaste se trouve un Brin d'ADN circulaire long de 35 kb qui code pour environ 30 protéines, ARNt et certains ARN[8]. Des particules suspectées d'être des ribosomes bactériens sont présentes[5]. Le plaste, au moins chez l'espèce Plasmodium, contient également des « verticilles tubulaires » de membrane qui présentent une ressemblance frappante avec les thylakoïdes[4] de leurs parents chloroplastiques[8]. L'importation de protéines dans l'apicoplaste à travers les quatre membranes se produit par le biais de complexes de translocation provenant du plaste d'algue (par exemple[10] :) ou d'une duplication de la dégradation des protéines associée au réticulum endoplasmique (par exemple[11] :).

Fonction

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L'apicoplaste est un organite essentiel à la survie du parasite[4]. On pense que la tétracycline, un antibiotique également utilisé pour lutter contre les infections palustres, agit en ciblant l'apicoplaste[12]. Il héberge quatre voies métaboliques principales :

Synthèse des acides gras

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La destruction de l’apicoplaste ne tue pas immédiatement le parasite mais l’empêche d’envahir de nouvelles cellules hôtes. Cette observation suggère que l'apicoplaste pourrait être impliqué dans le métabolisme des lipides. S'il est incapable de synthétiser suffisamment d'acides gras, le parasite est incapable de former la vacuole parasitophore (PV) indispensable au succès de l'invasion des cellules hôtes. Cette conclusion est étayée par la découverte du processus de synthèse de l'Acide gras synthase (FAS) de type II dans l'apicoplaste[5].

Synthèse des isoprénoïdes

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On pense également que l'apicoplaste joue un rôle dans la synthèse des isoprénoïdes, qui sont des groupes prothétiques sur de nombreuses enzymes et agissent également comme précurseurs des ubiquinones (impliquées dans le transport des électrons) et des dolichols (impliqués dans la formation des glycoprotéines )[1]. L'apicoplaste contient la voie du méthylérythriol phosphate (MEP/DOXP) pour la synthèse des précurseurs isoprénoïdes et est le seul site pour une telle synthèse dans les cellules de type Plasmodium.[1]

Synthèse de l'hème

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L'apicoplaste est également impliqué dans la synthèse de l'hème[5] ainsi que celle des acides aminés. Il est également suggéré qu'il joue un rôle dans le développement cellulaire. Ces fonctions ne sont cependant que des postulats et ne sont pas encore étayées de manière concluante par l’expérimentation[4].

Synthèse de clusters fer-soufre

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Diverses enzymes biosynthétiques de clusters fer-soufre, notamment SufB ou Orf470, ont été identifiées dans le génome des apicoplastes[1].

Notes et références

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  1. ↑ a b c et d « The evolution, metabolism and functions of the apicoplast », Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences, vol. 365, no 1541,‎ , p. 749–763 (PMID 20124342, PMCID 2817234, DOI 10.1098/rstb.2009.0273).
  2. ↑ « The metabolic roles of the endosymbiotic organelles of Toxoplasma and Plasmodium spp », Current Opinion in Microbiology, vol. 16, no 4,‎ , p. 452–8 (PMID 23927894, PMCID 3767399, DOI 10.1016/j.mib.2013.07.003)
  3. ↑ Jane B. Reece, Lisa A. Urry, Michael L. Cain, Steven A. Wasserman, Minorsky et Jackson, Campbell Biology, Boston, Benjamin Cummings, (ISBN 978-0-321-55823-7, OCLC 1008837408, lire en ligne)
  4. ↑ a b c d e f g h i et j « The apicoplast: a new member of the plastid family », Trends in Plant Science, vol. 6, no 5,‎ , p. 200–205 (PMID 11335172, DOI 10.1016/s1360-1385(01)01921-5).
  5. ↑ a b c d et e « The apicoplast as an antimalarial drug target », Drug Resistance Updates, vol. 4, no 3,‎ , p. 145–151 (PMID 11768328, DOI 10.1054/drup.2001.0205).
  6. ↑ « Evolutionary pressures on apicoplast transit peptides », Molecular Biology and Evolution, vol. 21, no 12,‎ , p. 2183–94 (PMID 15317876, DOI 10.1093/molbev/msh233)
  7. ↑ Bruce Alberts, Dennis Bray et Karen Hopkin, Essential Cell Biology, New York; London, Garland Science, Taylor & Francis Group, (ISBN 978-0-8153-3480-4, OCLC 895254951, lire en ligne), « The Eukaryotic Cell »
  8. ↑ a b c d e et f Kimball, « Endosymbiosis and The Origin of Eukaryotes », Kimball's Biology Pages, .
  9. ↑ « Protein sorting in complex plastids », Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research, vol. 1833, no 2,‎ , p. 352–9 (PMID 22683761, PMCID 3494742, DOI 10.1016/j.bbamcr.2012.05.030)
  10. ↑ « Toxoplasma gondii Toc75 Functions in Import of Stromal but not Peripheral Apicoplast Proteins », Traffic, vol. 16, no 12,‎ , p. 1254–69 (PMID 26381927, DOI 10.1111/tra.12333, lire en ligne)
  11. ↑ « Genetic evidence that an endosymbiont-derived endoplasmic reticulum-associated protein degradation (ERAD) system functions in import of apicoplast proteins », The Journal of Biological Chemistry, vol. 284, no 48,‎ , p. 33683–91 (PMID 19808683, PMCID 2785210, DOI 10.1074/jbc.M109.044024)
  12. ↑ « Tetracyclines specifically target the apicoplast of the malaria parasite Plasmodium falciparum », Antimicrobial Agents and Chemotherapy, vol. 50, no 9,‎ , p. 3124–31 (PMID 16940111, PMCID 1563505, DOI 10.1128/AAC.00394-06)
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