Effecteur type III

La plupart de bactéries phytopathogènes appartenant au groupe des Gammaproteobacteria interagit directement avec les cellules de la plante hôte au moyen d'effecteurs protéiques dans les stades précoces de l'infection. Ceux-ci sont sécrétés dans l'apoplaste ou dans le cytoplasme des cellules hôtes par l'intermédiaire d'un dispositif de sécrétion de type III (T3SS, type III secretion system), véritable seringue moléculaire, moteur de l'interaction bactérie-cellule eucaryote. Le terme effecteur de type III provient précisément du fait qu'ils transitent par le T3SS.

Cette propriété n'est pas réservée aux bactéries phytopathogènes; en effet le T3SS est aussi particulièrement répandu chez les bactéries pathogènes des animaux. C'est surtout le cas des genres Yersinia, Salmonella, Escherichia . Tout comme les T3SS des bactéries phytopathogènes et ceux des bactéries pathogènes des animaux sont particulièrement identiques dans leur structure, les effecteurs qu'elles utilisent peuvent quelquefois présenter des similarités de motifs, ce qui est lié au fait que leur mécanisme d'interaction avec la cellule hôte se ressemblent.

Cet article s'intéressera surtout aux effecteurs de type III des bactéries phytopathogènes, autrement nommés effecteurs Hrp.

Effecteurs Hrp

Le terme Hrp (Hypersensitive Response and Pathogenicity) fait référence à l'obligation de nombreuses gammaprotéobactéries d'avoir un dispositif de sécrétion de type III fonctionnel et les effecteurs corrects pour à la fois provoquer des réponses d'hypersensibilité (interaction incompatible) sur des plantes non-hôtes et des plantes hôtes résistantes mais aussi la maladie sur des plantes hôtes sensibles (interaction compatible). Les gènes codant les effecteurs et les protéines du T3SS sont regroupés au même lieu dans le génome des bactéries : ce sont des ilôts de pathogenicité nommés clusters hrp. Le nombre d'effecteurs peut fluctuer d'un pathogène à l'autre : près d'une quarantaine a été identifiée chez des pathovars de Pseudomonas syringæ tandis qu'Erwinia amylovora n'en possède qu'une dizaine.

Généralités

• la réaction d'avirulence
  

Certains des produits sécrétés par le T3SS correspondent à des protéines d'avirulence codés par des gènes d'avirulence ou avr. Ces protéines peuvent être reconnues par des protéines de résistance de la plante hôte, codées par des gènes de résistance ou R. Cette reconnaissance est spécifique, c'est-à-dire qu'une protéine R ne pourra reconnaître qu'un type de protéine Avr et elle aboutit à une réaction de résistance totale qui se traduit par une mort cellulaire au point d'infection, rendant impossible la progression du pathogène. L'interaction R-Avr peut se faire directement, par contact entre les deux protéines, mais ce modèle n'est valable que dans un nombre limité de cas. En effet, les travaux menés ces cinq dernières années montrent que la réaction d'hypersensibilité résulte plutôt d'une reconnaissance indirecte, d'une détection des troubles cellulaires que peut provoquer une protéine Avr.

• le dialogue moléculaire
  

Les effecteurs Hrp sont les initiateurs du dialogue moléculaire qui s'établit entre la plante et la bactérie. Leur rôle est de pouvoir créer une situation de compatibilité qui permettra au pathogène de se multiplier, comme par exemple provoquer une nécrose cellulaire pour assurer une disponibilité en nutriments, directement relachés des cellules hôtes. A l'origine, avant la naissance des gènes majeurs de résistance R, le rôle des premiers effecteurs Hrp était probablement de supprimer les défenses dites "basales" de la plante (à savoir le renforcement pariétal, la production de composés antimicrobiens type phytoalexines). Les pathogènes d'aujourd'hui possèdent toujours ce type d'effecteur et leur fonction a aussi été conservée. Avec la naissance des gènes de résistance, les bactéries phytopathogènes ont dû faire face à une nouvelle barrière de défense particulièrement efficaces (PR-protéines, mort cellulaire, en plus des défenses basales). Dans un certain nombre d'interaction, les bactéries phytopathogènes disposent d'effecteurs Hrp leur servant à contourner ces défenses pour réussir l'infection. Les mécanismes moléculaires d'action sont de plus en plus complexe et les bactéries phytopathogènes ont réellement appris à moduler le métabolisme des cellules hôtes à leur avantage. Ainsi s'est établie une course à l'armement qui n'est pas prête de s'arrêter.

Mécanismes d'action

L'un des premiers rôles des effecteurs Hrp injectés dans la cellule hôte semble être de supprimer les défenses activées suite à la détection du pathogène. Cette détection est généralement liée à la présence de motifs conservés à la surface des pathogènes, les PAMPs (Pathogen-Associated Molecular Patterns), comme les LPS et les flagelles des gammaprotéobactéries. Ces motifs sont reconnus par les cellule hôtes via des récepteurs type RLK (receptor-like kinase) ou type NBS-LRR. Mais certains effecteurs Hrp peuvent aussi interférer avec les réponses résultant d'une interaction R-Avr. C'est par exemple le cas de AvrPtoB qui est capable d'inhiber les réponses découlant de la reconnaissance de l'effecteur AvrPto par la protéine de résistance Pto dans le cadre de l'interaction incompatible Pseudomonas syringæ pv. tomato-Nicotiana benthamiana. Il s'avère en fait que AvrPtoB possède une activité générale de régulation négative de la mort cellulaire programmée (PCD, Programmed Cell Death) dans la mesure où il est aussi actif dans des cellules animales. Cette fonction n'est pas unique à AvrPtoB puisque bon nombre d'effecteurs des pathovars de Pseudomonas syringæ sont capables d'inhiber la PCD.

Identification des effecteurs Hrp

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