La structure des IgM de poisson met en lumière l’évolution des anticorps, selon une étude

Les anticorps – protéines produites par notre système immunitaire pour nous protéger – sont essentiels pour reconnaître et éliminer les substances indésirables, ou antigènes, dans notre corps. Bien que leur rôle soit universel, la structure des anticorps varie selon les animaux. Dans une nouvelle étude, des chercheurs ont analysé l’anticorps immunoglobuline M chez la truite arc-en-ciel afin de mieux comprendre pourquoi ces protéines ont pu évoluer au fil du temps.

L’article intitulé « La structure du noyau de l’immunoglobuline M téléostéenne fournit des informations sur l’évolution, l’assemblage et la fonction des anticorps polymères » a été publié dans Communications naturelles.

Chez l’homme, l’IgM se compose de cinq unités répétitives qui sont maintenues ensemble par une chaîne de jonction, ce qui donne une forme d’étoile. Par conséquent, les IgM peuvent se lier à plusieurs antigènes en même temps, les éliminant rapidement. Les IgM sont également uniques car elles se trouvent à la fois dans le sang et dans la muqueuse, un tissu humide qui tapisse les canaux du corps, notamment le nez, la bouche et l’intestin.

“Notre laboratoire étudie la structure et les fonctions des IgM, et nous souhaitons comprendre comment elles sont assemblées”, a déclaré Beth Stadtmueller (MMG), professeur adjoint de biochimie. “Nous avons étudié les poissons et les mammifères car il existe des différences considérables dans la façon dont leur système immunitaire a évolué, et nous voulons comprendre pourquoi ils fabriquent des anticorps différemment.”

La première grande différence entre les fonctions des anticorps chez les poissons et chez les humains est que la muqueuse du poisson comprend la peau. “Chez les poissons, une grande partie de leur surface muqueuse est constamment exposée à leur environnement. Leurs anticorps doivent donc pouvoir être structurellement stables afin de pouvoir rester dans la muqueuse au lieu d’être emportés par l’eau, et ils sont susceptibles de rencontrer différents types d’antigènes par rapport aux humains”, a déclaré Mengfan Lyu, étudiant diplômé du laboratoire Stadtmueller et premier auteur de l’article.

Une autre différence majeure entre les anticorps de poisson et les anticorps humains est qu’ils n’ont pas de chaîne de jonction qui, chez l’homme, relie les extrémités de la queue des cinq unités individuelles pour créer un anticorps stable en forme d’étoile. Fish IgM ne comporte également que quatre unités répétitives au lieu de cinq. Ces différences ont amené les scientifiques à se demander comment un poisson crée une IgM stable et comment elle fonctionne. Pour mieux comprendre la structure des IgM des poissons, les chercheurs ont utilisé les IgM de la truite arc-en-ciel pour leurs études.

“Jusqu’à présent, la plupart des études se sont concentrées sur la manière dont les anticorps se lient aux antigènes ou sur les structures des anticorps comportant une seule unité, car les études sur les anticorps contenant plus d’une unité, ou sur les anticorps polymères, ont été difficiles”, a déclaré Lyu. “Ce n’est que ces dernières années que les chercheurs ont eu accès à la microscopie électronique cryogénique à haute résolution pour révéler les structures d’anticorps polymères tels que les IgM.”

Chez l’homme, chaque unité répétitive d’IgM est une structure en forme de Y avec deux mains qui se lient à l’antigène et à une tige. Sous sa forme étoilée, cinq tiges constituent le noyau central avec la chaîne de jonction. Chaque unité répétitive d’IgM de poisson est similaire à l’IgM humaine et les chercheurs ont travaillé uniquement avec la tige de l’IgM de poisson, car il était difficile de travailler avec l’IgM complète. En utilisant la technique cryo-EM, ils ont découvert qu’au cœur de l’IgM de poisson, les unités individuelles se replient différemment au niveau de leur queue, ce qui les amène à s’assembler vers un côté plutôt que vers le centre de l’IgM ; cela semble leur permettre d’interagir même s’ils n’ont pas de chaîne de jonction.

“Pour autant que nous le sachions, il s’agit de la première structure d’anticorps de poisson caractérisée”, a déclaré Stadtmueller. “C’est intéressant parce que la chaîne de jonction est nécessaire pour la grande majorité de l’assemblage des IgM chez les oiseaux et les mammifères. La découverte de Lyu nous dit que les IgM des poissons s’assemblent d’une manière très différente et ont une structure distincte. C’est vraiment intéressant du point de vue de l’évolution. et implique que les IgM de poisson et les IgM humaines peuvent se lier aux antigènes et fonctionner différemment.

On ne sait pas pourquoi la chaîne de jonction est absente chez les poissons osseux. “Il est clair que les poissons ont développé un moyen de fabriquer des IgM sans rejoindre la chaîne ; il peut être plus efficace d’assembler les IgM de cette façon, cela peut aboutir à une structure plus stable, ou cela peut offrir des avantages fonctionnels, d’autant plus que les poissons rencontrent des antigènes différents de ceux des humains et des autres. les composants de leur système immunitaire sont également distincts. Lyu a déclaré : « Tous ces facteurs peuvent avoir conduit à des différences dans la structure des IgM. »

Les chercheurs travaillent actuellement à la création de l’IgM complète, qui inclura des fragments manquant dans la présente étude. “Cette étude est un exemple de la façon dont la biologie structurale nous a donné une base pour nous demander comment les anticorps peuvent être fonctionnellement différents”, a déclaré Stadtmueller. “Nous prévoyons de pouvoir utiliser ce que nous avons appris pour étudier d’autres anticorps polymères, comme ceux des oiseaux, et créer de nouveaux anticorps thérapeutiques.”