Vitellogénine

Définition

La vitellogénine (VTG) est une protéine présente dans le sang, à partir de laquelle la substance du jaune d'oeuf est dérivée. La vitellogénine est le principal contributeur au jaune d'oeuf des vertébrés. La vitellogénine consiste en une combinaison d'une phosvitine et de deux lipovitellines. Elle est issue d'une vitellogenèse. Cette molécule peut se dissocier en ces trois protéines par clivage protéolytique médié par la cathepsine D, après son transfert dans le jaune.

Synthèse et absorption de la vitellogénine :

Dans le réseau moléculaire de la synthèse et de l'absorption de la vitellogénine, les gènes régulés à la hausse et à la baisse sont indiqués en rouge et en vert, respectivement, tandis que les gènes non identifiés comme exprimés de manière différentielle sont affichés en blanc.

Explications

Les vitellogénines sont synthétisées et sécrétées par le foie sous stimulation oestrogénique, transportées dans le sang jusqu'à l'ovaire, absorbées par les ovocytes en croissance via l'endocytose médiée par les récepteurs, et clivées en leurs protéines de jaune de produit, qui sont stockées dans l'ooplasme.

Chez les animaux de basse-cours, la vitellogénine n'est pas présente dans le plasma des coqs (et d'autres) non stimulés et la synthèse hépatique de la vitellogénine ne peut pas être détectée en l'absence de traitement aux oestrogènes exogènes. Après l'administration d'oestrogènes, cependant, la synthèse hépatique de vitellogénine est initiée et la vitellogénine s'accumule dans le plasma.

La vitellogénine est traditionnellement considérée comme une protéine du jaune d'oeuf, mais des études récentes ont suggéré qu'elle remplit un éventail beaucoup plus large de fonctions chez les insectes coloniaux telles que les abeilles. Chez les abeilles, par exemple, la vitellogénine sert de régulateur négatif de JH, un précurseur de la nourriture du couvain biosynthétisée par les ouvrières, un facteur de signalisation des nutriments, un antioxydant, un régulateur de la longévité, un régulateur de la fonction immunitaire, et un possible facteur médiateur de la trans-génération immunité.

La dérivation des protéines du vitellus à partir d'une protéine précurseur plus grande est également pertinente pour l'intérêt actuel généré par les découvertes selon lesquelles plusieurs protéines importantes, dont beaucoup d'hormones, sont formées à partir de précurseurs plus gros par clivage protéolytique. La particularité de la vitellogénine à cet égard n'est pas qu'elle soit le précurseur de deux protéines totalement différentes, mais qu'elle soit synthétisée dans un type de cellule et clivée dans un autre. Il se peut fort bien que d'autres précurseurs de protéines à plusieurs composants soient découverts à l'avenir.

Rôle et fonctions

La cathepsine D est synthétisée par l'ovocyte et stockée dans des organites spécialisés situés à la surface de l'oeuf où sont intégrés les précurseurs du jaune. La phosvitine et les lipovitellines a et b, qui sont les principales phosphoprotéines du jaune d'oeuf, sont présentes dans les sphères jaunes. La vitellogénine n'est pas présente chez la poule immature. Sa synthèse est fortement stimulée juste avant le début de la production d'oeufs, induite par les oestrogènes chez les oiseaux immatures. Cette synthèse oestrogène-dépendante a été largement utilisée comme modèle pour comprendre le mode d'action des stéroïdes sur la synthèse des protéines.

Les oestrogènes induisent la transcription génique des vitellogénines I, II et III. L'expression du gène de la vitellogénine II est dominante puisque les taux d'ARNm de vitellogénine II sont 100 fois plus élevés que les taux d'ARNm de vitellogénine III dans le foie de poule.

L'induction de la transcription suit la séquence standard observée pour les stéroïdes : association d'oestrogènes avec un récepteur nucléaire, liaison du complexe hormone-récepteur à la séquence d'ADN palindromique HRE (élément de réponse hormonale) et interaction avec le promoteur du gène. La séquence de liaison à l'ADN de 13 pb pour le complexe récepteur-oestrogène (ERE, élément de réponse aux oestrogènes) se trouve sur quatre sites. Deux d'entre eux sont fonctionnels et situés en amont du promoteur du gène de la vitellogénine II de poulet. Ces sites ont un rôle clé dans l'expression spécifique et l'accumulation préférentielle de l'ARNm de la vitellogénine dans un tissu. Des sites de liaison pour la progestérone se trouvent également en amont de ce gène. On pense qu'elles sont à l'origine de l'effet additif de cette hormone sur la production de vitellogénine.

Les oestrogènes favorisent également la synthèse de la vitellogénine en augmentant considérablement (× 30) la stabilité de son ARNm. Cette protéine subit des modifications post-traductionnelles avant sa sécrétion dans le plasma : phosphorylation sur les résidus sérine largement présents dans la phosvitine, glycosylation de la phosvitine (11 sites) et lipidation des lipovitellines. La vitellogénine se lie également au calcium via des sites présents dans la phosvitine. Cette protéine est ainsi responsable de l'augmentation de la concentration plasmatique de calcium observée lors de l'initiation de la production d'oeufs.

Types de vitellogénines

La vitellogénine-1 et la vitellogénine-2 (la plus abondante des trois vitellogénines) sont deux glycoprotéines de haut poids moléculaire (200 kDa) contenant 4 domaines, la lipovitelline-1, la lipovitelline-2, la phosvitine et un peptide de 40 acides aminés appelé YGP40. Ces acides aminés sont spécifiquement libérés après traitement protéolytique intraovocytaire par la cathepsine D, une protéase aspartique endogène. Les gènes codant ces deux protéines sont surexprimés de plus de 40 fois et 30 fois, respectivement, dans le foie des poules sexuellement matures.

En revanche, la vitellogénine 3 est une glycoprotéine plus petite (37 kDa) dépourvue de lipovitellines et de domaines YGP40 mais contenant de la phosvitine. Les phosvitines dérivées de la vitellogénine séquestrent et stockent le calcium, le fer et d'autres cations de la circulation sanguine pour les déplacer vers le jaune, afin de fournir davantage de minéraux et d'oligo-éléments pour l'embryon en développement.

De même, les lipovitellines sont des protéines liées aux lipides, dont la fonction est de répondre aux besoins en lipides pour la croissance embryonnaire.

Chez les insectes

La vitellogénine offre aux insectes, notamment aux abeilles, une protection contre les agents pathogènes, à la fois indirectement et directement. Dans le système immunitaire inné des insectes, les hémocytes sont impliqués dans l'encapsulation, la nodulation et la phagocytose des particules étrangères, et le bon fonctionnement des hémocytes repose sur des niveaux adéquats de zinc dans l'hémolymphe. La vitellogénine est la principale protéine de liaison au zinc, et les titres d'hémolymphe de vitellogénine sont étroitement corrélés non seulement aux titres de zinc, mais également à la proportion d'hémocytes fonctionnant correctement.

Rôle de la vitellogénine dans l'immunité au niveau des insectes coloniaux :

Modèle du rôle de la vitellogénine dans l'immunité au niveau de la colonie d'insectes de type abeilles. Une ouvrière butineuse rencontre un agent pathogène alors qu'elle est à l'extérieur du nid. La vitellogénine dans l'intestin moyen intercepte l'agent pathogène et le transporte vers la glande hypopharyngée. L'agent pathogène peut se transmettre entre les ouvrières ou entre les ouvrières et la reine via la gelée royale. La vitellogénine dans l'intestin moyen de la reine intercepte l'agent pathogène et initie la lyse cellulaire. Les fragments d'agents pathogènes sont transportés vers les ovaires et dans les oeufs en développement avec la vitellogénine. Le système immunitaire des nouvelles larves est maintenant préparé contre l'agent pathogène, et la prochaine génération de travailleurs est mieux à même de résister aux agressions de cet agent pathogène.

De plus, l'ajout de preuves associe la vitellogénine beaucoup plus directement à l'immunité des abeilles. La vitellogénine est capable de se lier directement à plusieurs agents pathogènes, y compris les bactéries (à la fois Gram-positives et gram-négatives), les macrophages et les champignons. En fait, la vitellogénine reconnaît en fait plusieurs modèles moléculaires conservés associés aux agents pathogènes (PAMPS) trouvés dans les parois cellulaires, notamment les lipopolysaccharides (LPS), le peptidoglycane (PGN), l'acide lipotéichoïque (LTA) et le glucane. Il a été démontré que la vitellogénine des abeilles se lie aux molécules de surface bactériennes, et il est possible que la vitellogénine communique les agents pathogènes liés aux cellules immunitaires phagocytaires de la même manière que les autres protéines de reconnaissance de modèle de l'immunité innée, le font généralement.

Cependant, il existe également une autre raison derrière la liaison des agents pathogènes qui peut avoir une influence profonde sur l'ensemble de la colonie d'abeilles mellifères. Récemment, nous avons pu montrer que le rôle de la vitellogénine dans la liaison des agents pathogènes est lié à son rôle dans la formation du jaune d'oeuf chez la reine. Après s'être liée aux modèles d'agents pathogènes, la vitellogénine transporte ces molécules de surface provoquant le système immunitaire vers les oeufs en développement dans les ovaires des reines des abeilles. Ce mécanisme permet à la reine de préparer sa progéniture à la pression actuelle des pathogènes dans la ruche. Il a été démontré par d'autres que la reine est capable d'amorcer sa progéniture contre l'infection par la loque américaine, ce qui donne un couvain qui survit mieux que les larves non amorces.

Le phénomène est appelé amorçage immunitaire transgénérationnel, et la vitellogénine semble être le véhicule du transfert immunitaire. En effet, un mécanisme similaire semble probable chez les poissons Téléostéens ainsi.

Chez les poissons

La vitellogénine est un biomarqueur utile pour les perturbateurs endocriniens pour cribler des substances chimiques dans un écosystème aquatique. Les taux sériques de VTG ou les taux de VTG provenant d'homogénat d'organes de poisson sont utiles pour évaluer l'activité oestrogénique. La vitellogénine est synthétisée dans le foie de la femelle en tant que précurseur du jaune d'oeuf, mais ni les poissons mâles adultes ni les poissons juvéniles ne produisent de VTG. La production de la vitellogénine augmente chez les poissons mâles lorsqu'ils sont exposés à des oestrogènes exogènes. Les anticorps contre la truite arc-en-ciel purifiée VTG ont reconnu non seulement les VTG de poisson mais aussi les VTG de plusieurs autres espèces, notamment les amphibiens, les reptiles et les oiseaux.

Tous les poissons produisent des vitellogénines en tant que nutriments embryonnaires essentiels. Au cours de l'ovogenèse, les ovocytes se développent par ordre de grandeur tandis que la vitellogénine fournit à leur ooplasme la plupart des matériaux nécessaires à la construction et au maintien d'une nouvelle vie. Les 20 dernières années ont vu des avancées majeures dans notre compréhension de la multiplicité, de l'évolution, de la structure et des fonctions des vitellogénines de poisson et de leurs récepteurs, en particulier d'un point de vue moléculaire et en vue de l'utilisation des connaissances pour l'amélioration de la pisciculture, de la gestion des pêches et la recherche biomédicale.

Étude avec l'espadon de Méditerranée

L'espadon de la Méditerranée, Xiphias gladius, a récemment été classé comme surexploité et en 2016. La Commission internationale pour la conservation des thonidés de l'Atlantique (ICCAT) a établi un plan de gestion pluriannuel pour reconstituer ce stock. Pour atteindre cet objectif avec succès, des connaissances sur la biologie de l'espadon sont nécessaires.

À ce jour, peu d'études sur l'espadon ont été réalisées et aucune d'entre elles n'a fourni d'informations utiles sur la biologie de la reproduction au niveau moléculaire. Ici, nous définissons pour caractériser la dynamique moléculaire sous-jacente à la maturation ovarienne en utilisant une approche d'assemblage de transcriptome de novo. L'analyse de l'expression différentielle des gènes dans les ovaires matures et immatures a identifié un certain nombre de gènes exprimés de manière différentielle associés aux processus biologiques entraînant la maturation ovarienne.

En nous concentrant sur la stéroïdogenèse ovarienne et l'absorption de la vitellogénine, nous décrivons la dynamique moléculaire caractérisant ces processus tandis qu'une analyse phylogénétique nous a permis d'identifier un récepteur candidat de la vitellogénine. Il s'agit du premier assemblage de transcriptome d'espadon et ces résultats permettent de mieux comprendre les processus moléculaires décrivant la maturation ovarienne. De plus, la création d'une base de données accessible au public contenant des informations sur le transcriptome de l'espadon vise à stimuler la recherche sur cette espèce avec l'élaboration à long terme de plans de gestion des stocks plus complets et plus efficaces.