Cytolyse

Définition

La cytolyse consiste en la destruction d'une cellule, due à la rupture de sa membrane (plasmique), provoquant l'écoulement du contenu de la cellule. Elle est une lyse de la membrane plasmique en cytologie.

La cytolyse, également appelée lyse osmotique (par changement de pression osmotique), intervient lorsqu'une cellule éclate. Elle libère son contenu dans l'environnement extracellulaire en raison d'un afflux important d'eau dans la cellule, dépassant de loin la capacité de la membrane cellulaire à contenir le volume supplémentaire. Ceci est particulièrement préoccupant pour les cellules qui n'ont pas de paroi cellulaire dure pour résister à la pression d'eau interne.

Une cytolyse de cellule :

La cytolyse intervient par différence de pression entre isotonie et hypotonie.

Explications

L'eau peut diffuser lentement à travers la bicouche lipidique de la membrane cellulaire, mais son transport rapide nécessite la présence de canaux transmembranaires sélectifs appelés aquaporines. Ces protéines membranaires intégrales permettent le mouvement de l'eau tout en empêchant l'accès à de nombreux solutés et ions.

Les cellules ont généralement une concentration en sels et en ions supérieure à celle de leur environnement immédiat, en particulier chez les organismes unicellulaires vivant dans les eaux douces, ce qui peut entraîner un afflux d'eau. La plupart des cellules ont des mécanismes internes pour gérer le mouvement constitutif de l'eau. Cependant, quand il y a un changement soudain dans la tonicité de l'environnement extracellulaire ou un changement dans la structure de la membrane, l'eau peut inonder la cellule et provoquer son éclatement.

Il y a un impact de la concentration en ions extracellulaires sur la structure cellulaire. La cytolyse est une cause de mort cellulaire dans les organismes multicellulaires lorsque leurs fluides corporels deviennent hypotoniques et est considérée comme un effet secondaire du fait de souffrir d'un accident vasculaire cérébral. La lyse osmotique est également utilisée par certaines particules virales répliquées pour sortir de leur cellule hôte et poursuivre le processus infectieux.

Cependant, la cytolyse a également un rôle fonctionnel et est utilisée par le système immunitaire pour détruire sélectivement les cellules tumorales ou celles infectées par certains agents pathogènes.

Fonctions

La cytolyse est souvent utilisée comme outil de survie par diverses cellules. Alors que les organismes unicellulaires et les agents pathogènes l'utilisent pour repousser les attaques ou accéder à de nouveaux hôtes, les organismes multicellulaires utilisent la cytolyse lors d'une réponse immunitaire ou pour éliminer les cellules endommagées et dangereuses de leur corps.

La cytolyse peut être causée par de nombreux facteurs, de la tonicité du liquide extracellulaire à l'activité d'autres cellules affectant la structure de la membrane cellulaire.

Voir aussi la cytolysine.

Cytolyse par environnement hypotonique

Lorsque les cellules sont placées dans un environnement d'eau pure, l'eau les inonde et les fait éclater. Par exemple, les globules rouges subissent une hémolyse lorsqu'ils sont placés dans de l'eau distillée, ce qui peut se mesurer à l'apparition de l'hémoglobine dans la solution.

Une solution contenant 0,9 g de chlorure de sodium (NaCl ou sel commun) dans 100 ml d'eau est considérée comme isotonique ou contient la même concentration de sel que l'intérieur d'un globule rouge. Des solutions avec des concentrations de sel plus faibles provoqueront l'éclatement de ces cellules. Par conséquent, les injections intraveineuses d'eau distillée pure peuvent être extrêmement nocives, en particulier pour les membranes fragiles des membranes des érythrocytes ou des globules rouges.

Cytolyse par des pathogènes

Les virus sont très spécifiques dans leur choix d'hôte. En outre, la plupart d'entre eux sont adaptés pour infecter non seulement un organisme particulier mais également un type de cellule spécifique chez l'hôte. Les virus ne peuvent pas fonctionner en dehors de leur hôte et doivent détourner la machinerie cellulaire pour se métaboliser et amorcer la reproduction. Cependant, après plusieurs tours de duplication, la présence de particules de virion peut submerger la cellule hôte. À ce stade, les virus peuvent compromettre la membrane cellulaire de manière à conduire à une infiltration d'eau et éventuellement à une cytolyse. Une fois que la cellule subit une lyse, les virus sont libérés, ce qui leur permet de répéter le cycle infectieux avec de nouvelles cellules hôtes dans le même tissu.

La spécificité des virus pour leur hôte peut potentiellement être exploitée dans le traitement du cancer. Le phénomène des virus induisant une rémission du cancer a été observé depuis les années 1800. De nombreux virus infectent préférentiellement les cellules cancéreuses tout en laissant intactes les cellules normales, car une malignité atténue la réponse antivirale d'une cellule. Ces virus peuvent induire une cytolyse dans les cellules tumorales et contribuer ainsi au traitement. En 2011, une particule virale induisant une cytolyse dans les lignées de cellules tumorales, les cellules initiatrices de la tumeur ainsi que dans le tissu tumoral primitif des patients. En 2015, la FDA américaine a approuvé le premier traitement du mélanome viral.

Une cytolyse bactérienne a été observée en raison d'une prolifération de lactobacilles dans le vagin. Le vagin des femmes adultes est normalement colonisé par des lactobacilles et, en faible nombre, ces bactéries protègent des infections fongiques. Cependant, certaines femmes présentent des symptômes d'infection fongique (voir l'infection fongique chez les poissons) résistant au traitement par des médicaments antifongiques. Dans ces cas, les femmes ayant des pertes abondantes, des démangeaisons et aucune bactérie ou champignon pathogène dans les frottis humides montrent également une abondance accrue de lactobacilles. La décharge est causée par la cytolyse des cellules épithéliales vaginales due à une infection bactérienne par les lactobacilles.

Cytolyse par le système immunitaire

Le système immunitaire utilise diverses méthodes pour induire la cytolyse dans les agents pathogènes ainsi que dans les cellules infectées ou cancéreuses du corps. Parmi les médiateurs les plus puissants de la cytolyse dans le système immunitaire figurent les cellules T et les cellules tueuses (NK). Ces deux cellules peuvent induire l'apoptose d'une cellule ou libérer des protéines appelées perforines qui forment des canaux sur la membrane cellulaire. Lorsque l'eau pénètre dans la cellule par ces canaux, elle subit une lyse osmotique. De plus, les cellules NK peuvent également agir par le biais du système immunitaire adaptatif, en interagissant avec les cellules T ainsi qu'avec les anticorps libérés par les cellules B. Grâce au système anticorps et complément, les cellules pathogènes peuvent être lysées par la formation d'une structure transmembranaire en forme de cycle sur la membrane cellulaire par les protéines du complément.

Cette méthode de cytolyse peut entraîner une complication majeure lorsqu'il existe une histoincompatibilité entre la mère et le foetus. Lorsqu'un type particulier d'anticorps (IgG) traverse le placenta et reconnaît les antigènes présents dans le sang foetal, il peut activer le système du complément ainsi que l'immunité innée, provoquant l'hémolyse de ces globules rouges. L'enfant naît avec des symptômes semblables à une jaunisse.

Les cellules tueuses naturelles jouent également un rôle crucial dans le mécanisme de défense de l'organisme contre la formation de tumeurs. Lorsque les cellules cancéreuses régulent négativement l'expression des antigènes de surface, les cellules puissantes du système immunitaire adaptatif ne peuvent pas reconnaître ces cellules ni constituer une réponse immunitaire contre elles. Les cellules NK peuvent activer une réponse inflammatoire, attirer d'autres cellules cytotoxiques et induire ensemble une lyse osmotique ou une apoptose sur les cellules précurseurs de la tumeur.

Prévention

Malgré ses nombreuses utilisations, il est important pour un organisme de contrôler quand et comment se déroule la cytolyse. Les plantes ont un mécanisme de défense naturel contre la cytolyse car elles contiennent une paroi cellulaire dure. Lorsqu'une cellule végétale est placée dans un environnement hypotonique et que de l'eau s'y précipite, la paroi cellulaire exerce une pression opposée sur la membrane cellulaire, l'empêchant de s'étendre ou de se rompre. Dans un environnement hypertonique, la cellule subit une perte en eau, également appelée plasmolyse. Dans une solution isotonique, une quantité égale d'eau entre et sort de la cellule, laissant son volume global intact. Dans les solutions hypotoniques, à mesure que l'eau pénètre dans la cellule, la vacuole absorbe une grande partie de l'eau en excès, protégeant ainsi le cytoplasme de la dilution.

La paroi de la cellule crée également une pression inverse, entraînant la sortie d'eau de la cellule, tout en maintenant une turgescence optimale. Cette turgescence permet aux plantes de rester debout en l'absence d'un système squelettique interne.

Les protistes unicellulaires tels que l'amibe et la paramécie contiennent un organite appelé vacuole contractile qui intervient dans la prévention de la cytolyse. C'est une structure pulsée qui subit des cycles répétés de diastole (eau entrant dans la vacuole) et de systole (eau pompée hors de la cellule). Le mécanisme exact de ces contractions n'est pas connu, mais ces organites semblent fonctionner même lorsque les cellules sont placées dans une solution à haute concentration en sel.

Les organismes multicellulaires ont généralement un mécanisme sophistiqué pour s'assurer que toutes leurs cellules sont baignées dans une solution isotonique. Chez l'homme et d'autres mammifères, il s'agit du système d'organes excréteurs formé par les unités fonctionnelles des néphrons du rein. Lorsque le sang est filtré dans les reins, les sels, les ions, les déchets, l'ammoniac et l'excès d'eau sont éliminés et expulsés à intervalles réguliers, ce qui permet à l'organisme de maintenir l'homéostasie. S'il y a une augmentation de la consommation d'eau, il y a une augmentation concomitante de l'élimination de l'eau par le système excréteur. Ce système est régi par un réseau élaboré d'hormones et d'autres réponses physiologiques et garantit que toutes les cellules du corps sont principalement exposées à un liquide extracellulaire isotonique. Les cellules présentes à l'interface avec le monde extérieur - qu'elles soient sur la peau ou tapissent le système digestif - sont protégées de la cytolyse par une couche hydrophobe constituée d'huiles ou de cires.

Parfois, le système excréteur est dépassé lorsqu'un organisme absorbe soudainement une grande quantité d'eau liée aux réserves de sel du corps. C'est ce qu'on appelle l'intoxication hydrique et les symptômes résultent de l'effet de la cytolyse dans les cellules du cerveau.

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