Projet ANR-12-JSV7-0009 – inSIDE : L’interface symbiotique entre cnidaire et dinoflagellés : caractérisation des médiateurs de l’interaction
Programme : JCJC - SVSE 7 - Biodiversité, évolution, écologie et agronomie (JCJC SVSE 7)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame Cecile SABOURAULT (UMR7138 Systématique Adaptation Evolution)
Partenaires : Évolution Paris Seine
Montant : 240000.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 36 mois
Résumé : Communication entre hôte et symbiotes : le socle du fonctionnement des symbioses coralliennesDans ce projet, nous nous focalisons sur les échanges et le dialogue moléculaire établi entre les partenaires Cnidaires (anémones de mer, coraux) et Dinoflagellés photosynthétiques (algues unicellulaires) pour comprendre les mécanismes physiologiques à la base de cette symbiose, ainsi que les événements conduisant à sa rupture (blanchissement des coraux).
Le « je t’aime moi non plus » de la relation entre Cnidaires et DinoflagellésLa relation symbiotique entre Cnidaires et Dinoflagellés est à la base de la formation des récifs coralliens, et repose essentiellement sur des échanges énergétiques. Ce projet pluridisciplinaire vise à mieux caractériser ces échanges ainsi que la communication moléculaire établie entre les partenaires, et à déterminer les mécanismes impliqués dans ces processus, peu étudiés à ce jour. Ces travaux permettront également de comprendre les mécanismes déclenchant la rupture de la symbiose (blanchissement) et de déterminer lequel des partenaires est à l’origine du divorce.
Une approche pluridisciplinaire et intégrativeL’originalité de ce projet repose sur une approche pluridisciplinaire et l’union de biologistes, biochimistes, et chimistes. Les médiateurs de l’interaction symbiotique Cnidaires-Dinoflagellés seront caractérisés soit par des approches ciblées (biochimie, biologie cellulaire, chimie analytique), soit par des approches à haut débit (protéomique, métabolomique). De plus, la cartographie de ces médiateurs au sein des tissus du Cnidaire sera réalisée par une technique de pointe : l’imagerie couplée à la spectrométrie de masse.
Résumé de la soumission : Les écosystèmes coralliens sont parmi les plus riches en termes de biodiversité, mais ils sont souvent menacés par l'impact des perturbations environnementales, en particulier celles dues aux changements climatiques globaux. Les récifs sont principalement formés par des coraux calcifiant qui appartiennent à la classe des Anthozoaires (cnidaires), tout comme les anémones de mer. La capacité des coraux (anthozoaires) à construire ces récifs est principalement due à la relation symbiotique établie avec des dinoflagellés photosynthétiques du genre Symbiodinium, plus communément appelés zooxanthelles. La relation établie entre l'hôte anthozoaire et ses symbiotes dinoflagellés repose essentiellement sur des échanges trophiques : les symbiotes transfèrent la majorité des photosynthétats produits à leur hôte, qui en échange leur fourni du carbone, de l'azote et du phosphore inorganiques, en plus d'un environnement propice à la photosynthèse et une protection contre les herbivores. De nombreux stress environnementaux, comme par exemple l'élévation des températures associée au changement climatique global, induisent des modifications cellulaires conduisant à la perte des symbiotes des tissus animaux, phénomène appelé blanchissement. Le blanchissement peut avoir de nombreuses conséquences, à la fois sur les coraux mais aussi sur l'écosystème corallien dans son ensemble. Le maintient de la relation symbiotique est donc particulièrement important pour la santé des anthozoaires. Une bonne connaissance des mécanismes physiologiques à la base de la symbiose, comme des stress et des événements conduisant à sa rupture chez les anthozoaires symbiotiques permettront de comprendre et prédire comment les coraux pourraient s'adapter et survivre aux changements climatiques. Les anthozoaires hébergent leurs symbiotes unicellulaires dans des vacuoles, les symbiosomes, à l'intérieur même des cellules du gastroderme, couche cellulaire interne. L'établissement et le maintien de cette relation symbiotique repose donc sur un dialogue moléculaire constant entre les partenaires, incluant les phénomènes de reconnaissance et de tolérance des symbiotes et les adaptations physiologiques nécessaires au transport et à l’échange des ressources nutritionnelles. Plusieurs études de génomique fonctionnelle et de biologie cellulaire suggèrent fortement l'implication des membranes des cellules de l’hôte dans la signalisation cellulaire et l'interaction, voire l'entrée, des zooxanthelles. Par exemple, la membrane du symbiosome se forme à partir de vésicules provenant de la membrane plasmique de la cellule hôte lors de la phagocytose de la zooxanthelle. Cependant, sa composition moléculaire et son rôle exact dans l’interaction ne sont pas bien définis. Des résultats précédents ont montré l’implication des protéines Sym32, NPC1 et NPC2-D dans le maintien de l’interaction symbiotique chez l’anémone de mer Anemonia viridis. Les objectifs du projet inSIDE sont par conséquent de contribuer à la connaissance de la physiologie des Anthozoaires en se focalisant sur la caractérisation de l’interface symbiotique pour en apprécier la fonction dans l’interaction symbiotique. Nos principaux objectifs sont de i) établir le rôle des protéines Sym32, NPC1 et NPC2-D dans l’interaction (localisation cellulaire et régulation de l’expression), ii) caractériser au mieux le protéome des membranes de l’hôte (symbiosome), et iii) identifier de nouveaux médiateurs de l’interaction parmi les composés lipidiques et les métabolites secondaires.
Résultats : Nous avons pu montrer le recrutement spécifique au voisinage des symbiotes dinoflagellés d’une protéine impliquée chez les vertébrés dans le transport de stérols. Nous avons déterminé l’ultrastructure de l’interface d’échange de notre modèle biologique (anémone de mer) par microscopie électronique, et nous avons également adapté la technique d’imagerie couplée à la spectrométrie de masse à l’étude de ce modèle. Par ailleurs, l’étude métabolomique engagée a permis la caractérisation de métabolites secondaires et de lipides potentiellement impliqués dans l’interaction.
Perspectives : Les récifs coralliens abritent environ un quart de la faune marine et contribuent à maintenir une forte biodiversité. Cet écosystème subit de nombreux stress environnementaux qui perturbent la relation symbiotique et conduisent à la perte des symbiotes (blanchissement). Il est essentiel de bien connaître les mécanismes physiologiques à la base de cette symbiose, comme des stress et des événements conduisant à sa rupture, pour comprendre et prédire comment les Cnidaires symbiotiques (coraux en particulier) pourraient s’adapter et survivre au changement climatique global.
Publications et brevets : Une dizaine de communications ont été présentées dans des colloques nationaux ou internationaux et deux articles ont été soumis. Le premier concerne l’expression par l’anémone d’une protéine localisée autour des symbiotes (Figure B) et qui semble être impliquée dans l’échange hôte-symbiotes. Le deuxième, publié dans le journal Zoology, regroupe l’ensemble des participants au projet et concerne le développement de l’imagerie par spectrométrie de masse pour l’étude de la symbiose Cnidaire-Dinoflagellés (Figure C).