PHAGOCYTOSE: ÉTAPES ET FONCTIONS - LA BIOLOGIE - 2025

La phagocytose est le processus dans lequel les cellules «capturent» des molécules et diverses substances du milieu environnant en raison de la formation d'invaginations de la membrane plasmique, formant des vésicules intracellulaires appelées endosomes. La phagocytose, associée à la pinocytose et à l'endocytose médiée par les récepteurs, s'ajoutent aux trois types d'endocytose

La pinocytose est associée à l'ingestion de fluides et de petites molécules, tandis que l'endocytose médiée par un récepteur implique la liaison de molécules spécifiques aux protéines des récepteurs membranaires. La phagocytose est considérée comme une forme de nourriture, car elle est liée à l'ingestion de grosses molécules, d'autres cellules ou de «débris» provenant d'autres cellules.

Phagocytose d'une bactérie (Source: GrahamColm sur Wikipedia anglais via Wikimedia Commons)

Dans les organismes multicellulaires tels que les plantes, les animaux et les champignons, toutes les cellules n'ont pas la capacité d'engloutir des éléments externes, ce qui signifie qu'il existe des cellules spécialisées à cet effet, appelées «cellules phagocytaires».

Les cellules phagocytaires sont réparties dans tous les tissus corporels et remplissent différentes fonctions. Les macrophages sont un bon exemple de cellules phagocytaires appartenant au système immunitaire, dont la fonction est de nous défendre des micro-organismes qui pénètrent dans notre corps.

Phagocytose / Photo récupérée de phagositosis77.blogspot.com

Le processus de phagocytose n'aurait pas de sens dans les cellules eucaryotes sans l'existence d'un type d'organite intracellulaire appelé lysosome, car c'est là que les nutriments issus du matériel que les cellules phagocytent sont «traités» ou «digérés».

La phagocytose est également appelée "hétérophagie" (ingestion de composés extracellulaires), car elle diffère de "l'autophagie", qui est le processus normal qui se déroule dans les lysosomes de pratiquement toutes les cellules eucaryotes.

Étapes

Une fois que le macrophage engloutit un virus (1-3), il le brise en morceaux avec des enzymes lysosomales (4,5) qui sont ensuite libérées de la cellule sous forme de déchets inoffensifs (6). Photo extraite de: askabiologist.asu.edu.

Dans les organismes eucaryotes supérieurs, les principales cellules phagocytaires sont dérivées d'un précurseur commun provenant de la moelle osseuse. Ces cellules sont appelées «globules blancs» et sont des leucocytes polymorphonucléaires (neutrophiles), des monocytes et des macrophages.

Le processus de phagocytose peut être analysé comme une série d'étapes ou d'étapes séquentielles, qui consistent en (1) la reconnaissance du matériel phagocytose, (2) dans la formation du phagosome, qui est une sorte de vésicule intracellulaire, et (3) dans la formation du phagolysosome, événement qui se termine par la «digestion».

Étape de reconnaissance

La phagocytose n'est pas un processus simple. Entre autres choses, elle implique la reconnaissance de signaux spécifiques et la liaison de particules ou d'organismes à des récepteurs spécifiques situés sur la face externe de la membrane plasmique des cellules phagocytaires.

Ce processus initial peut être considéré comme une sorte de «neutralisation», notamment lorsqu'il s'agit de phagocytose médiée par certaines cellules du système immunitaire, responsables de l'élimination des cellules envahissantes.

Ainsi, la surface de la membrane plasmique des cellules phagocytaires (ou d'organismes unicellulaires phagocytaires) est dotée d'une batterie de récepteurs capables de reconnaître des molécules spécifiques (ligands) trouvées à la surface des cellules envahissantes ou qui sont typiques des particules alimentaires.

Ces récepteurs, qui sont généralement des protéines membranaires intégrales avec des extensions extracellulaires, se lient à leurs ligands, déclenchant une série d'événements de signalisation internes qui envoient un message qui se traduit par «il y a de la nourriture à l'extérieur».

Stade de formation du phagosome

Une fois que la cellule qui engloutit une particule alimentaire ou une autre cellule «étrangère» reçoit le message envoyé depuis la surface, une invagination se produit dans la membrane plasmique, ce qui signifie que la cellule «engloutit» le matériau à phagocyter, l'entourant de sa propre membrane..

A ce stade, on observe comment la membrane se propage sur l'autre cellule et cette extension est parfois appelée "pseudopode". Lorsque les extrémités du pseudopode se rejoignent, enfermant l'élément étranger, une «vésicule» interne appelée phagosome se forme.

Phase de formation et de digestion des phagolysosomes

Les phagosomes qui contiennent les éléments phagocytés sont des vésicules intracellulaires recouvertes par une membrane. Ceux-ci ont la capacité de fusionner avec d'autres organites intracellulaires: les lysosomes.

La fusion entre phagosomes et lysosomes donne naissance à des phagolysosomes, qui correspondent aux organites composés où a lieu la «digestion» ou la «désintégration» des composés phagocytés (qu'il s'agisse de cellules entières, de parties de celles-ci ou d'autres molécules extracellulaires).

Les lysosomes étant les organites responsables de la dégradation du matériel intracellulaire déficient ou résiduel, ils sont dotés de différentes enzymes hydrolytiques et protéolytiques qui leur donnent la capacité de désintégrer (en fragments plus petits) les particules contenues dans les phagosomes avec lesquels ils fusionner.

Le matériel résultant de cette dégradation phagolysosomale peut être définitivement éliminé en tant que déchet des cellules phagocytaires ou il peut être utilisé comme «bloc de construction» pour la synthèse de nouveaux composés intracellulaires.

Caractéristiques

La phagocytose a de nombreuses fonctions importantes dans les organismes eucaryotes. Chez les protozoaires et autres êtres unicellulaires, par exemple, ce processus est essentiel pour la nutrition, car la plupart des aliments sont ingérés de cette manière.

Phagocytose dans une amibe (Source: Miklos via Wikimedia Commons)

Dans de nombreux organismes multicellulaires, en revanche, la phagocytose est essentielle pour une défense spécifique et non spécifique, c'est-à-dire pour l'immunité innée et l'immunité adaptative.

Il a des fonctions primaires dans la «destruction» des micro-organismes pathogènes envahissants tels que les bactéries, les parasites, etc., et est également impliqué dans le rétablissement des conditions normales dans les sites où une infection ou une inflammation s'est produite, c'est-à-dire qu'il est important pour le réparation des plaies.

Toujours dans le contexte immunologique, la phagocytose est essentielle pour les processus de présentation de l'antigène et d'activation de lymphocytes spécifiques du système immunitaire (cellules B et cellules T), qui participent à la défense de l'organisme contre les agents étrangers ou étrangers.

La phagocytose est également impliquée dans l'élimination et le «recyclage» des cellules du corps qui subissent des événements apoptotiques, afin que leurs composants puissent être réutilisés ou orientés vers la formation de nouvelles molécules intracellulaires ou organites.

Curieusement, les macrophages du corps humain sont responsables de l'ingestion quotidienne de plus de 100 millions d'érythrocytes qui s'usent ou fonctionnent mal dans la circulation sanguine.

Cellules du système immunitaire qui effectuent la phagocytose

Les cellules du système immunitaire qui effectuent la phagocytose peuvent également utiliser de nombreux mécanismes pour détruire les agents pathogènes, tels que:

Radicaux oxygénés

Ce sont des molécules hautement réactives qui réagissent avec les protéines, les lipides et d'autres molécules biologiques. Lors d'un stress physiologique, la quantité de radicaux oxygène dans une cellule peut augmenter considérablement, provoquant un stress oxydatif, qui peut détruire les structures cellulaires.

L'oxyde nitrique

C'est une substance réactive, similaire aux radicaux oxygène, qui réagit avec le superoxyde pour créer d'autres molécules qui endommagent diverses molécules biologiques.

Protéines antimicrobiennes

Ce sont des protéines qui endommagent ou tuent spécifiquement les bactéries. Des exemples de protéines antimicrobiennes comprennent les protéases, qui tuent diverses bactéries en détruisant les protéines essentielles, et le lysozyme, qui attaque les parois cellulaires des bactéries à Gram positif.

Peptides antimicrobiens

Les peptides antimicrobiens sont similaires aux protéines antimicrobiennes en ce sens qu'ils attaquent et tuent les bactéries. Certains peptides antimicrobiens, tels que les défensines, attaquent les membranes cellulaires bactériennes.

Liaison des protéines

Les protéines de liaison sont souvent des acteurs importants du système immunitaire inné, car elles se lient de manière compétitive à des protéines ou à des ions qui auraient autrement été bénéfiques pour les bactéries ou la réplication virale.

Références

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Biologie cellulaire essentielle. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Brown, E. (1995). Phagocytose. BioEssays, 17 (2), 109-117.
3. Garrett, WS et Mellman, I. (2001). Études de l'endocytose. In Dendritic Cells (Second, pp. 213-cp1). Presse académique.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H.,… Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5e éd.). Freeman, WH & Company.
5. Platt, N., et Fineran, P. (2015). Mesure de l'activité phagocytaire des cellules. Methods in Cell Biology, 126, 287-304.
6. Rosales, C. et Uribe-Querol, E. (2017). Phagocytose: un processus fondamental de l'immunité. BioMed Research International, 1–18.
7. Sbarra, AJ et Karnovskyi, ML (1959). La base biochimique de la phagocytose. Journal of Biological Chemistry, 234 (6), 1355-1362.
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9. Stuart, LM et Ezekowitz, RAB (2005). Phagocytose: Complexité élégante. Immunité, 22 (5), 539-550.