Mourir et laisser vivre…

En cette semaine de Toussaint, l’ensemble des blogueurs du C@fé des Sciences planche sur le thème de la Mort, pour en décortiquer tous ses aspects: génétique, économique, physique, technologique… Retrouvez tous les billets sur Thema, un site thématique créé spécialement pour l’occasion. C’était l’occasion rêvée d’associer Strip-Science pour l’illustration de ce billet: merci à Janine et Karim pour leur contribution!

La vie est une maladie mortelle sexuellement transmissible disait Woody Allen. C’est diablement vrai et pourtant l’instinct de survie est aussi une caractéristique évidente du vivant: de la bactérie à l’éléphant, tous les organismes semblent programmés pour éviter de mettre leur vie en danger, pour reculer au maximum l’inéluctable. Notre « peur » de la mort est sans doute la traduction culturelle de cette pulsion universelle de vie (alors qu’on n’est pas plus gêné que ça par notre inexistence avant la naissance) et l’annonce d’un suicide provoque toujours un mélange de stupeur et de gêne. Le suicide semblait donc culturellement et biologiquement hors-la-loi jusqu’à il y a  une vingtaine d’années, lorsque Jean-Claude Ameisen et ses amis biologistes découvrirent que le suicide cellulaire est extraordinairement fréquent dans la nature. Mieux: il constitue même l’un des outils préférés du vivant pour se développer, se maintenir et se transformer…

Au secours, ils se suicident tous!

La mort subite et massives de tissus cellulaires sans raison apparente est un phénomène connu depuis longtemps en embryologie. Songez au tétard dont les branchies et la queue disparaissent au moment de sa métamorphose en grenouille. Ou au système génital qui contient au départ les ébauches d’organes des deux sexes et se différencie en combinant la croissance de l’un avec l’atrophie de l’autre. La plupart de nos structures creuses – cœur, tube digestif, voûte du palais, crâne- prennent naissance à partir d’une forme pleine dont l’intérieur est sculpté par le travail de la mort cellulaire. Mais l’exemple le plus spectaculaire est celui très visible des doigts de nos mains, qui n’acquièrent leur indépendance que grâce à l’atrophie de la palme qui les unit durant les premières semaines de notre vie, comme chez certains oiseaux:

https://www.youtube.com/watch?v=9_6k_27XqYQ 400 300

Au cours du 19eme et du 20eme siècle, les biologistes n’ont cessé de décrire et de re-décrire ces phénomènes avec perplexité, comme s’il les découvraient pour la première fois: pourquoi la nature gaspille-t-elle des ressources précieuses à fabriquer des tissus qu’elle détruit très vite, parfois sans même les avoir utilisés?

Ces observations contredisaient manifestement l’idée reçue -celle qu’exprime si bien Woody Allen, grand biologiste devant l’Eternel- selon laquelle la mort cellulaire est un aléa inévitable dû à l’usure du temps, la maladie ou le vieillissement, bref l’ennemi habituel de la vie. Cette fois la mort semblaient mise à contribution de la fabrique du vivant, lui permettant d’éclore et de se développer. Renversement de perspective totalement révolutionnaire! C’est un peu comme si on découvrait que Voldemore a toujours été l’allié secret de Dumbledore…

Accidents, meurtres ou suicides?

En observant ces morts spontanées grâce aux outils modernes de microscopie électronique, on s’aperçut également qu’ils étaient très différents de la mort cellulaire habituelle, la nécrose, survient lorsqu’une infection microbienne détruit une cellule. Sa nécrose a quelque chose de cataclysmique: la membrane cellulaire explose et le matériel qu’elle contient est disséminé aux quatre vents, provoquant des lésions dans le tissu cellulaire, des inflammations etc. Rien de tel lorsque la cellule meurt spontanément. Son auto-destruction -que l’on appelle l’apoptose- se déroule selon un ballet très bien réglé et très propre. Une fois le processus de mort cellulaire déclenché, la cellule commence à dissoudre son propre matériel cellulaire à l’intérieur même de la membrane. Des cellules sentinelles du système immunitaire arrivent, s’accrochent à elle et finissent par l’engloutir. On a d’abord pris ces macrophages pour des cellules-tueuses mais on réalisa bien vite qu’il s’agit plutôt de fossoyeurs, qui ne débarquent qu’en réponse aux signaux émis par la cellule, une fois son auto-destruction entamée. Il s’agit donc bien d’un suicide et pas d’un meurtre!

En manipulant l’activation de certains gènes, les biologistes réussissent maintenant à déclencher artificiellement ce processus d’auto-destruction, à l’interrompre et à l’inhiber. Le suicide cellulaire correspond donc à un « programme » génétique: chaque cellule possède la capacité de s’autodétruire qui ne se déclenche que lorsque les circonstances l’exigent. Au fond une cellule ne survit que tant qu’elle résiste à ses pulsions suicidaires… Cette découverte obligea comme dans un épisode de Cold Case, à rouvrir des dossiers qu’on croyait classés depuis longtemps sur certaines morts cellulaires.

Lors d’un d’AVC par exemple, le cerveau n’est plus alimenté en oxygène et les dégâts occasionnés peuvent provoquer des lésions cérébrales graves, voire mortelles. La cause semble entendue: les cellules nerveuses meurent par asphyxie. En 1993 on découvrit qu’il n’en est rien. En forçant artificiellement l’expression des gènes répresseurs de suicide cellulaire, une équipe de chercheurs réussit à limiter considérablement les séquelles d’accidents vasculaires cérébraux provoqués chez des souris. Grâce à cette expérience on démontra que l’absence d’oxygène ne détruit donc pas directement les cellules nerveuses, mais qu’elle agit comme un signal chimique déclenchant leur suicide cellulaire.  Ça ouvre évidemment des perspectives thérapeutiques intéressantes…

Un autre exemple: l’alcoolisme provoque parfois des hépatites foudroyantes, détruisant 80% des cellules du foie. Là encore, l’alcool n’attaque pas directement ces cellules. Il stimule chez elles la fabrication d’une petite protéine, le Ligand de Fas, qui donne à la cellule le signal de son autodestruction. Encore un suicide interprété à tort comme un meurtre…

Le suicide au service de la créativité!

Bien entendu le suicide cellulaire rend aussi de très nombreux services. L’atrophie des muscles non utilisés, phénomène bien connu des sportifs, permet de ne pas entretenir et nourrir une masse de tissus inutiles. La plasticité cérébrale doit également une fière chandelle au suicide cellulaire. Les cellules nerveuses qui tissent des milliards de connexions dans le cerveau disparaissent lorsqu’elles ne sont pas sollicitées, laissant la place pour d’autres connexions plus utiles. C’est grâce à ce mécanisme que peuvent se recycler certaines aires du cerveau: les aveugles de naissance « voient » littéralement avec leurs mains, car les aires cervicales normalement dédiées à la vue sont chez eux recyclées au profit du toucher fin.

Mais le suicide des cellules nerveuses peut rendre bien d’autres services dans la vie de tous les jours. Chez les canaris par exemple, les mâles adoptent un chant de séduction personnel et très particulier qu’ils conservent durant toute la saison des amours, mais qui s’appauvrit et disparaît quand elle touche à sa fin. A l’approche de la saison suivante leur chant s’enrichit et se stabilise à nouveau pour donner un tube inédit qui durera tout l’été. Les chercheurs ont découvert dans les années 1980 que ces cycles étaient liés à la naissance et la mort des cellules nerveuses dans la petite région du cerveau dédiée au contrôle du chant des oiseaux, sous l’effet des variations du taux de testostérone (l’étude est disponible ici). Découverte majeure à double titre: d’abord parce que jusque là on croyait que les cellules nerveuses ne se créaient plus après la naissance. Ensuite parce que l’étude laissait entrevoir un lien inattendu entre l’oubli et la disparition des cellules nerveuses, disparition qui -vous l’aurez deviné- n’est autre qu’un « suicide provoqué » par la chute du taux de testostérone, selon un mécanisme analogue à celui de l’AVC. Comme si le suicide cellulaire laissait le champ libre à l’apparition d’un nouvel apprentissage, comme s’il rendait au cerveau une partie de sa jeunesse…

Le système sanguin offre une autre illustration de cette étrange combinaison de vie et de mort qui sculpte notre corps. La régulation du nombre de globules rouges par exemple, est très étonnante. Les précurseurs des globules rouges naissent dans la moelle osseuse en quantité excessive (deux millions par seconde!) et une grande partie s’auto-détruit avant d’arriver à maturité. Lorsque l’oxygène se raréfie parce qu’on monte en altitude ou qu’on se shoote à l’EPO, ce n’est pas la production de globules rouges qui augmente, mais leur taux de suicide qui diminue!La structure des globules rouges est elle-même le fruit d’une mort cellulaire interrompue. Les précurseurs des globules rouges naissent dans la moelle osseuses avec au départ tout le trousseau d’une cellule bien comme il faut: un noyau, des mitochondries etc. Mais très rapidement, ces cellules commencent à s’auto-détruire. Elles perdent tout leur matériel cellulaire jusqu’à ne conserver que leur cytoplasme et une provision de protéines leur permettant de tenir cent vingt jours environ. Le processus d’auto-destruction s’interrompt alors subitement et vous voilà devant un joli globule rouge, sorte de zombie à demi-vivant et sans organe:

https://www.youtube.com/watch?v=xpsGsfuffEM

Les plaquettes sanguines sont aussi des morts-vivants, après le passage à la tronçonneuse de l’apoptose megakaryocytes dont elles sont issues:

https://www.youtube.com/watch?v=6R-ESPFiKbo

Les cellules du cristallin de l’œil doivent leur transparence au même type d’opération-suicide interrompue, qui leur font perdre leur noyau et toutes leurs mitochondries qu’elles contenaient au départ.

Même lorsqu’elle n’est pas interrompue, l’apoptose est bien utile parfois: la surface de notre peau est faite des restes de kératocynes, des cellules nées dans les profondeurs du derme, qui déclenchent leur auto-destruction au moment de migrer en surface. Arrivées là, elles sont vraiment mortes et dépourvues de tout matériel cellulaire (hormis la kératine qui les rigidifie). Elles restent quelques jours empilées les unes sur les autres avant de se détacher de notre corps et de finir en poussière. L’écorce des troncs est faite de la même manière, avec des cellules mortes et rigidifiées qui protègent l’intérieur de l’arbre.

J’arrête là les exemples, vous avez saisi l’idée: l’apoptose -interrompue ou non- est un grand classique du vivant qui lui permet de  fabriquer toutes sortes de variantes cellulaires bien utiles. Dans le fond, ça ne semble pas illogique quand on réfléchit à la manière dont le vivant s’y prend pour se reproduire. La moindre division cellulaire suppose que la cellule est capable de découper ses propres brins d’ADN. Cet exercice d’auto-mutilation peut rapidement dégénérer s’il n’était parfaitement maîtrisé. La construction du vivant, sa reproduction contient donc à la fois les instruments de son auto-destruction et ceux qui lui permettent de l’éviter. Les bâtisseurs du vivant sont tous des exécuteurs en puissance, de même que le ciseau du menuisier est une arme potentiellement très dangereuse. Comme l’a élégamment écrit Henri Atlan: « Bichat disait autrefois: la vie est l’ensemble des fonctions qui résistent à la mort, aujourd’hui on aurait plutôt tendance à dire que la vie est l’ensemble des fonctions capables d’utiliser la mort »…

Chez les unicellulaires aussi!

A ce stade, on peut comprendre le suicide de quelques cellules soit en quelque sorte le prix à payer pour la survie de l’organisme tout entier. D’ailleurs peut-on vraiment parler de suicides pour ces cellules qui n’ont aucune autonomie? Après tout on n’a jamais observé de suicide chez les multicellulaires. Contrairement à ce qu’on lit parfois, les scorpions ne se piquent pas lorsqu’ils se sentent piégés – ils sont immunisés contre leur propre poison- et les lemmings ne se jettent pas du haut des falaises à moins d’être poussés par la meute de leurs collègues (ou par les producteurs d’un faux reportage de Disney, regardez par ici). On a donc longtemps cru que le programme de mort cellulaire était propre aux êtres multicellulaires, une propriété apparue lorsque la viabilité de l’individu exigeait le sacrifice de quelques-unes de ses cellules.

Le problème avec cette hypothèse c’est qu’elle ne tient pas la route. On a en effet trouvé les capacités d’auto-destruction chez quantité d’êtres unicellulaires, levures, algues , bactéries ou eucaryotes parasitaires (ceux de la mouche Tsé-tsé en particulier). Une fois le programme de mort cellulaire enclenché, ces organismes mettent un zèle incroyable à détruire méthodiquement tous leurs petits organes jusqu’à ce qu’il ne reste plus rien! On dirait qu’elles mettent un malin plaisir à violer les lois élémentaires de l’évolution, censées privilégier les individus les plus aptes à survivre, et non pas à se suicider!

On n’a pas encore d’explication définitive de cet étrange phénomène, mais il semble que tous ces suicides ont pour point commun d’augmenter les chances de survie des rescapés. C’est le cas de l’amibe dictyostelium discoideum superbement décrit par Vran: normalement elle vit sous forme de cellules isolées les unes des autres, vivant dans le sol et se nourrissant de bactéries. Mais en temps de disette, elles se regroupent et s’accolent les unes aux autres, formant une espèce de limace multicellulaire qui se déplace et continue à se nourrir. Arrivée en surface, la limace se transforme de nouveau: elle s’ancre au sol, les amibes du bas se sacrifient pour former une longue tige verticale en haut de laquelle leurs copines se transforment en spores. Un coup de vent et les spores s’envolent vers des jours meilleurs où elles reprendront vie et recommenceront le cycle.

 

 

Quand le suicide donne meilleur goût…

Evidemment on pourrait objecter que dictyostelium est une sorte de multicellulaire refoulé, mais le même phénomène a été observé l’an dernier avec une petite algue verte, Chlamydomonas reinhardtii. En cas de disette, certaines cellules se suicident par apoptose avant de mourir de faim. Pour vérifier que ces suicides étaient bien utiles à la communauté, les chercheurs ont soumis trois souches de C reinhardtii à des régimes différents (le protocole est décrit ici). Les premières ont été plongés dans de l’eau à 50°, ce qui suffit à provoquer leur apoptose, allez savoir pourquoi. Les secondes ont été soumises à des ultrasons ce qui les a tué par nécrose. Les troisièmes ont été laissées en paix. On a ensuite mélangé ces trois souches avec des C. reinhardtii en bonne santé et mis tout ce petit monde à la diète. Résultat: les C reinhardtii mélangées au collectif des suicidés s’en est sorti beaucoup mieux que les autres. A l’inverse, les C reinhardtii mêlées aux nécrosées ont été décimées. L’explication tient sans doute au fait que la nécrose libère dans le milieu des tas de toxines alors que l’apoptose transforme peut-être le matériel cellulaire en super-dopant pour les veinardes qui s’en nourriront.

Evidemment cette hypothèse n’est pas exclusive de plein d’autres. On peut aussi imaginer que l’apoptose soit un produit collatéral d’un autre avantage évolutif. En cas d’attaque virale par exemple, le suicide prématuré permet d’empêcher le virus de se répliquer dans la cellule infectée et limite ainsi les risques d’épidémie. Toutes ces interprétations ont pour point commun l’idée que la collectivité (supposée apparentée génétiquement) retire un intérêt fort au suicide de quelques-uns. Un peu à l’image des insectes sociaux qui se dévouent pour soigner leurs sœurs de nid plutôt que se reproduire. Le suicide serait donc avant tout un phénomène collectif, un signal adressé au reste de la collectivité pour qu’elle réagisse et se transforme. Tiens, en disant ça, j’ai bizarrement l’impression de ne plus parler seulement des cellules…

En attendant, pour toutes les cellules qui manquent d’inspiration pour choisir leur façon de mourir, voici quelques idées originales:

 

Sources: Jean-Claude Ameisen, La sculpture du vivant et Dans la lumière et les ombres + un peu de Wikipedia

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