Caractérisation des gènes de réponse aux stress environnementaux chez les crabes hydrothermaux Vincent Leignel, Moreau B., Marchand J., Cibois M., Chénais

Caractérisation des gènes de réponse aux stress environnementaux chez les crabes hydrothermaux

Vincent Leignel, Moreau B., Marchand J., Cibois M., Chénais B.

Laboratoire Biologie et Génétique Évolutive, Université du Maine

Projet : Etude des gènes exprimés en conditions stressantes chez les crustacés (Transcriptome, Protéome)

Le milieu hydrothermal

1. Fort gradient de température (2°C – 350°C)

5. Forte pression

4. Concentrations irrégulières en oxygène

2. Fortes concentrations de métaux essentiels et lourds

cond

itio

ns

part

icul

ière

s

6. Faible pH …

3. Fortes concentrations d’éléments chimiques

(Van Dover, 2001; Sarradin et al., 1999)

La faune hydrothermale

Altération de l’ADN (Pruski & Dixon, 2003)

Altération des mécanismes enzymatiques (Hartwig, 1998)

Production de radicaux libres oxygénés accrue (Tapley et al., 1999)

La faune hydrothermale possède-t-elle des adaptations particulières ?

Février 1977 à -2500 m sur la ride des GalápagosDécouverte de la communauté animale hydrothermale

EPRMAR

N-EPR

GB

GSC

SWP

NWP

NA

RS

M

Faune hydrothermale diversifiée 712 espèces décrites (373 genres, 185 familles)Taux d’endémisme : 83,4%

(Giere et al., 2003; Wolff, 2005)

Stress multiplesStress multiples1. Fort gradient de température (2°C – 350°C)

5. Forte pression4. Concentrations irrégulières en oxygène

2. Fortes concentrations de métaux essentiels et lourds

cond

itio

ns

part

icul

ière

s

6. Faible pH…

3. Fortes concentrations d’éléments chimiques

Les crabes observés sur les sites hydrothermaux

Epialtidae MacLeay, 1838 (NZ)

Geryonidae Colosi, 1923 (MAR)

Goneplacidae MacLeay, 1838 (NZ)

Homolidae De Haan, 1839 (MAR)

Majidae Samouelle, 1819 (NZ)

Ocypodidae Rafinesque, 1815 (NZ)

Parthenopidae MacLeay, 1838 (NZ)

Portunidae Rafinesque, 1815 (MAR)

Bythograeidae Williams, 1980Strictement endémique aux sites hydrothermaux

Allograea Guinot, Hurtado & Vrijenhoek, 2002 (1 espèce),

Austinograea Hessler & Martin, 1989 (4 espèces),

Bythograea Williams, 1980 (6 espèces),

Cyanagraea De Saint Laurent, 1984 (1 espèce),

Segonzacia Guinot, 1989 (1 espèce).

17 X 30 mm (Bythograea microps) < taille < 70 X 123 mm (Cyanagraea praedator)

opportunistes

endémique

Les métallothionéines (MT) des crabes hydrothermaux

protéine de faible poids moléculaire (6-7 kDa), riche en cystéines (30%) exempte d’acides aminés aromatiques (Kagï, 1993)

Synthèse induite par de multiples facteurs (métaux, oxydants…)(Bauman et al., 1991; Hamer, 1986)

Régulation des métaux essentiels et détoxication des métaux lourds (Bauman et al., 1993)

Protection contre le stress oxydant (Baird et al., 2006; Viarengo et al., 2000; Chubatsu & Meneghini, 1993)

rôles

Dosage

Les crabes hydrothermaux présentent le plus fort taux de MT (Kàdar et al., 2007; Cosson et Vivier, 1997)

Particularité structurale des métallothionéines des crabes hydrothermaux ?

22 bp 78 bp 77 bpIntron I: 1087 bp Intron II: 323 bp



Bythograea thermydron(AM743081)

Segonzacia mesatlantica(AM743082)

Cyanagraea praedator(AM743083)

22 bp 78 bp 77 bpIntron I: 576 bp Intron II: 603 bpCarcinus maenas(AF196974)

22 bp 78 bp 77 bpIntron I: 2206 bp Intron II: 346 bpHomarus americanus(AJ251112)

(GTGAGACA---GAGTTTGTTTACCTTcCAG) (GTGAGTAT---TGCTTTAG)

Gènes de métallothionéine (Mt)

(Leignel et al., soumise)


Métallothionéines de bivalves hydrothermaux = gènes sans intron (Leignel & Laulier, 2006; Leignel et al., 2005)

Gènes de métallothionéines des crabes hydrothermaux avec intron


0 * 20 * 40 * 60 63 VLbyth. : MPDPCCKD.KCE..CKEGGCKTGCKCTSCRCPPCEKCTSG.CKCTNKDECTK.TCTSPCSCCP VLbythogen : --------.---..--------------------------.-----------.---------- cancer. : --------.---..-------A-----A-C-S—-D-----.---------S-.—-SK------ VLdro450. : ------TE.---..-A-----Q—-V-K----K--------.---SS----V-.--SK------ VLDro550. : ------TE.---..-A-----Q--V-K----K--------.---SS----A-.—-SK—-T--- VLpachy. : ------N-GKCV..-A--------V------T—-A---TE.---S-----P-.--TK------ VLcya. : --------.---..-----------------S—----S--.------E—-S-.—-KK—-T--- VLcyagene. : --------.---..-----------------------S--.---S—-E—-P-.—-KK—-T--- VLsegMT. : --------.---..-------A—-T------T—----S-E.---S—-E—-S-.—-KK—-T--- VLseggene. : --------.---..-------A—-T------T—----S-E.---SS-E—-S-.—-KKR-T--- AAF07984. : ------I-.---..-------A---------T—----S--.----T-ED-C-.---K-R---- VLcarcinus : ------I-.---SE—-DGGCKA---------T—----S--.----T-ED-C-.---K------ P55948. : ------I-.---..-------A---------T-----S--.----T-ED-C-.---K------ AAB29932. : ------I-.---..-------A---------T—----S-- ----T-ED-C-K---K------ VLnecora. : ------N-.---..-------A----S----A—----S--.----T-ED-C-.---K------ AAL23673. : ------N-.---..-------A---------------S--.---GS-ED-C-.--SK------ AAL23672. : ------I-.---..-------A---------------S--.---GS-ED-C-.--SK------ AAL23674. : ------I-.KCD..----E----------------Q-S--.---A—-ED-R-.--SK------ SMKD2S. : .-----N-.KCD..----E----------------Q-S--.---A—-ED-R-.--SK------ AAB35438. : .-----N-.---..----E-------K-------D—-S-E.----S-E—-S-.--SK------ AAF08965. : ------N-.---..----E-------K-------D—-S-E.----S-E—-S-.--SK------ VLmaia. : ------N-.---..-------A------------P—-S-T.---AS-E—-S-.--SK------ AAF08964. : --G---N-.KCV..-Q-----A--Q------S--Q-----.---AT-E—-S-.---K------ ABM74403. : --G---N-.KCV..-Q-----A—-Q--A---F—-T—-S--.-N-A—-E—-N-.--IK------ SMKD1S. : .-G---N-.KCV..-------E--Q------S-----S--.---A—-E—-S-.—-SKA----- Consensus : MP.PCC...KCX..C—-G-C—-GCXC—-CXC-PCXXC---.CXC—-K—-C-K.TC---c-CCP

domain domain

Bythograea thermydron (1) Bythograea thermydron (2) Cancer pagurus Dromia personata Dromia personata Pachygrapsus marmoratusCyanagraea praedator (1) Cyanagraea praedator (2) Segonzacia mesatlantica (1)Segonzacia mesatlantica (2)Carcinus maenas MT1bCarcinus maenas Carcinus maenas Carcinus maenas MTb Necora puber Eriocheir sinensis Portunus pelagicus Scylla serrata Scylla serrata MT2 Callinectes sapidus MTIIa (1)

Callinectes sapidus MTIIa (2)

Maïa squinado Callinectes sapidus MT1a Portunus pelagicus Scylla serrata MT2

Portunidae

Varunidae

Portunidae

Majidae

Portunidae

Bythograeidae

Grapsidae

Cancridae

Dromiidae

Bythograeidae





(Leignel et al., soumise)Métallothionéines des crabes hydrotherm

aux ~ similaires aux M

T crabes

Les Heat Shock Protein 70 kDa (HSP70) des crabes hydrothermaux

protéine de fort poids moléculaire (70 kDa), avec deux domaines (ATPase et région de liaison)

Synthèse induite par de multiples facteurs (choc thermique, métaux, oxydants…) (Spees et al., 2002; Pedersen & Lundebye, 1996; Sanders & Martin, 1993)

Conformations structurales des protéines néoformées ou dénaturées (Mayer & Bukau, 2005; Gullo & Teoh, 2004)

rôle

Particularité structurale des HSP70 des crabes hydrothermaux ?

MSK******GAAVGIDLGTTYSCVGVFQHGKVEIIANDQGNRTTPSYVAFTDTERLIGDAAKNQVAMNPNNTVFD ---******------------------------------------------------------------------ -A-******AP---------------------------------------------------------------- -A-******TT---------------------------------------------------------------- -A-******SA---------------------------------------------------------------- -AAAGIRLADPVI-----------------------------------------------------L-------- ------------------------------AM----------------------------------L--S----- ------------------------------AM----------------------------------L--I----- ------------------------------AM----------------------------------L--I----- ------------------------------------------------------------------L-------- ------------------------------------------------------------------L--------

AKRLIGRKFNDHNVQSDMKHWPFDVIDDNTKPKIKVEYKGEAKSFYPEEISSMVLIKMKETAEAYLGSVVKDAVV ---------TD-H----------E--E-S-----R------K-------------M-----------AA-----I ---------EDHT--S-------T--NES-----Q-----DK-T------------------------T------ ---------DDHN--S-------E--NE------Q-----DK-T-----------------------TT------ ---------DDGV--S-------T--N-------Q-D----T-T-F------------------F---T-----I --------YEEPSI-AG------S-VSESG---VS------S-T-N---------T-----------VT-----I ---------EEPS--A-------A-VSESG---VR-D----S-T-N---------T-----------TT-----I ---------EEPSI-A-------A-VSESG---V--D----S-T-N----------------------T-----I ---------EEPSI-A-------A-VSESG---V--D----S-T-N----------------------T-----I ---------EDATI-A----------NE-G---MR--F---S-T-N---------T-----------VT--N--- ---------EDATI-A----------NE-G---MR--F---S-T-N---------T-----------VT--N---

TVPAYFNDSQRQATKDAGTISGLNVLRIINEPTAAAIAYGLDKKVG**GERNVLIFDLGGGTFDVSILTIEDGIF ----------------------V-----------------------**--------------------------- ----------------------------------------------**--------------------------- ----------------------------------------------**--------------------------- ------------------------A---------------------**--------------------------- --------------------A-I-----------------------AH--------------------S-D--V- --------------------A-I----------------------SSR--------------------S----V- --------------------A-I----------------------ASR--------------------S----V- --------------------A-I----------------------ASR--------------------S----V- --------------------A-I----V----------------A-AS----I-------------V-S----V- --------------------A-I----V---------------RAATS----F---Q------SN---S----V-

EVKSTAGDTHLGGEDFDNRMVNHFLQEFKRKYKKDPSESKRALRRLRTACERAKRTLSSSAQASVEIDSLFEGID ------------*-----------------------T-----------------------T-------------- ------------------------I-------------N--S------------------T-------------- ------------------------------------Q-N---------------------T-------------- ------------------------I-------------N-------------------A-----I-----Y--T- ------------------------T---Q------LRSN-------------------------L-------D-- ------------------------I---Q--H---LRSN-------K--------I------------------- ------------------------I---Q------LRSN---------------------T---L---------- ------------------------V---Q------LSSN---------------------T-------------- ------------------------V---Q--N---LRSN---------------------A-------------- -G----------------------V---Q--N---LRSN---------------------A--------------

FYTSITRARFEELCADLFRGTLEPVEKALRDAKMDKAQIHDIVLVGGSTRIPKIQKLLQDFFNGKELNKSINPDE ----V----------------------------L----------------------------------------- ---------------------------S----------------------------------------------- ----V---------------------------------------------------------------------- ----V---------G------------S----------------------------------------------- --------------S---------------------SSV-E---------------------------------- --------------S---------------------SSV-EV------------------C-------------- --------------S-I-------------------SS------------------------------------- --------------S------------S-----I--SG---L--------------------------------- --------------S------------S-----I--SG--EL--------------------------------- --------------S------------S-----I--SG--EL------------L--------------------

AVAYGAAVQAAILCGDKSEAVQDLLLLDVTPLSLGIETAGGVMTALIKRNTTIPTKQTQTFTTYSDNQPGVLIQV --------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------- ---C----------------------------------------------------------------------- -------------R--Q-D--K-------A--------------------------HS-I--------------- -------------R--Q-D--K-------A--------------TI----------HS-I---------S-M--- -------------H--Q-DT-K-------A-----------M---V-----------S-I--------------- ---------G---R--Q--G-K-------A---------------------------Q-V--------------- ---------G---R--Q--G-K-------A-----------M---------------Q-V--------------- ---------G---R--Q--G-K-------A-------D----IS-------------Q-VYF-------------

YEGERAMTKDNNLLGKFELTGIPPAPRGVPQIEVTFDIDANGILNVSAVDKSTGKENKITITNDKGRLSKEEIER --------------------------------------------------------------------------- -------------------S------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------- -------------------S----------------------------A-------------------------- -----------------D--------------D---------------L-Q-S--Q-----N------------K -----------------D-S----------------------------L---S--QS----N------------K -----------------D----------------------------------S--Q-----N------------K -------------------S------------------------------------------------------K -------------------S-------------------T----------------------------------- -------S--S-VM---G-SH---T--------------------GWS--NY--N--------------------

MVQDAEKYKVEDEKQRDRIGAKNALESYCFNMKSTVEEDKFKDKVSEEDRNKIMEACNETIKWLDANQLGEKEEY ---------A--D-------------------------E--------------L-----A------------D-- ---------AD--------S---S-------------DE---E-I--------L-T---------M--------- ---------A---------S---S-----------------------------L----DA--------------- ---E-----AD--------A---S-------------D-------P-------M----DA-----S--------- --NE--E--ED-A-----VN---R--AL--SV--S-S-SAVA--L-ADEKRS-E-KAQ--LN---S---A----- --NE--Q--ED-A-----VD---R--TM--SV--S-S-PAVA--L-ADEKRS-E-KVQ--LN---S---A----- --NE--Q--ED-------VN---K--AL--SV--S-S-PAVA--L-VDEKRS-E-KAQ-ILN---V---A----- --NE--Q--DD-A---E--EV--R--AL--SV--A-S-PSVA--L--DEKRS-E-KATQ-LN-------A----F --NE--Q-QDD-A---E--EV--R--AL---V--A-S-PSVA--L-ADEKRS-E-KAEQ-LN---A---A----- --NE--Q-QDD-G---E--EV--RP-KVN--V-L--SDPSVA--L-ADENRS-E-KAEQ-LNS--A---N-----

EHKQKDIEQICNPIITKMYQAAGGAPPGGMPGGFPGA*****GGAPGAAP*GGGSSGPTIEEVD -----EL------------------------------*****-----G--*------------- -----EL--V---------A----------------G*PGA*****----GA------------ -----EL--------------------------M--GFPGAP--------G------------- ---L-EL------------------------------*PGG*****----*------------- ---MQEL--AWR-PAS-IHG-GS*****************************SAGR-------- ---MQEL--AWR-LAS-IHG-GS*****************************SAGG-------- ---IQEL--AWR-LAS-VHG-GA-PGT-***********************ASTGR-------- --QM-EL--VWR-LAA-IHGQGQ-GGA-*********************GT-P-GR-------- --QM-EL--VWR-LAA-IHG-GWR*****************************ARHRTLS---- K-QM-EL--EQR-LAA-IHG-GWC*****************************TGPWVP-----

0 75 150

225 300

450

600

375

525

1234567891011

1234567891011

1234567891011

1234567891011

1234567891011

Motif 1

Motif 2 Motif NLS

Motif 3

EEVD










Bythograeidae

Bythograeidae

Bythograeidae

Bythograeidae

Bythograeidae










Xanthidae

Xanthidae

Xanthidae

Xanthidae

Xanthidae

HSP70 des crabes h

ydrotherm

aux ~ H

SP70 Xanthidae

HSP70(Leignel et al., 2007)

DnaK (NC000913)

HSP Insectes

(NC000913)

HSP CnidairesY : HSP Gastéropodes

HSP Bivalves 1

New HSP crab

HSP Vertébrés

HSC Vertébrés

HSP Bivalves 2

HSP Helminthes

HSP Crustacés

HSC Invertébrés

100

100

100

100

100

100

100

100

100

63

100

100100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

HSP Gastéropodes

DnaK (NC000913)

HSP Insectes

(NC000913)

HSP CnidairesY : HSP Gastéropodes

HSP Bivalves 1

New HSP crab

HSP Vertébrés

HSC Vertébrés

HSP Bivalves 2

HSP Helminthes

HSP Crustacés

HSC Invertébrés

100

100

100

100

100

100

100

100

100

63

100

100100

100

100

100

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100

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100

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100

100

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100

100

100

100

100

100

100

63

100

100100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

HSP Gastéropodes

HSP crustacés

BythograeidaeXanthidaeNew HSP crab

crabes, crevettes, homard …

Arbre de maximum de parcimonie basé sur la protéine HSC70/HSP70, utilisant Gblocks and PAUP*.

Les Heat Shock Protein 70 kDa (HSP70) des crabes hydrothermaux

(Leignel et al., 2007)

Conclusions et Perspectives

Particularisme d’expression de gènesdes crabes hydrothermaux ?

Difficulté des expérimentations sur les organismes hydrothermaux

(Incubateur Pressurisé pour l'Observationet la Culture d'Animaux Marins Profonds)

Particularisme géniquedes crabes hydrothermaux ?

Perspective : Expérimentations sur les Xanthidae littoraux (HSP70, QPCR)

Perspective : Transcriptome sur crevettes littorales (cDNA AFLP)

Métallothionéines de Bythograeidés peu spécifiquesHSP70 particulières mais similaires aux Xanthidés

Perspective : Caractérisation d’autres gènes intervenant dans les processus de défense (SOD…)

Vincent LeignelLaboratoire Biologie et Génétique Évolutive, Université du Maine

EPRMAR

N-EPR

GB

GSC

SWP

NWP

NA

RS

M

EPRMAR

N-EPR

GB

GSC

SWP

NWP

NA

RS

M

EPRMAR

N-EPR

GBGB

GSC

SWP

NWP

NA

RS

M

Bythograeidae Williams, 1980

Allograea tomentosa Guinot, Hurtado & Vrijenhoek, 2002

(EPR)

Martin & Haney, 2005 Zool. J. Linn. Soc-Lond.

Bythograea thermydron Williams, 1980(EPR, GSC)

Bythograea galapagensis Guinot & Hurtado, 2003 (EPR, GSC)

Bythograea intermedia De Saint Laurent, 1988

(EPR, GSC) Bythograea laubieriGuinot & Segonzac, 1997

(EPR)

Bythograea micropsDe Saint Laurent, 1984

(NEPR)

Bythograea vrijenhoekiGuinot & Hurtado, 2003

(EPR)

Cyanagrea praedatorDe Saint Laurent, 1984

(EPR)

Segonzacia mesatlantica(Williams, 1988)

(MAR)

Austinograea alayseae Guinot, 1990

(SWP)

Austinograea rodriguezensis Tsuchida & Hashimoto, 2002

(RTJ)

Austinograea williamsi Hessler & Martin, 1989

(NWP)

Austinograea yunohana Takeda, Hashimoto & Ohta,

2000(NWP)

Bythograeidae : répartition bathymétrique ?

- 500 m

- 1000 m

- 2000 m

- 3000 m

- 4000 m

-420 m

Austinograea Hessler & Martin, 1989

(4 espèces)

-3660 m

CyanagraeaDe Saint Laurent, 1984

(1 espèce)

-2535 m

-2630 m Segonzacia Guinot, 1989

(1 espèce)

-1700 m

-3478 m

Martin & Haney, 2005 Zool. J. Linn. Soc-Lond.

Bythograea

Williams, 1980 (6 espèces)

-2673 m

-2333 m Allograea Guinot, Hurtado

& Vrijenhoek, 2002 (1 espèce)-2335 m

Documents

Caractérisation des gènes de réponse aux stress environnementaux chez les crabes hydrothermaux Vincent Leignel, Moreau B., Marchand J., Cibois M., Chénais