Séminaire/Seminar - Matrices calcifiantes chez les métazoaires : origine, évolution, diagenèse - Frédéric Marin

Mardi 14 mars 2023 à 10 h 30

Sorbonne Université - Campus Pierre et Marie Curie - 4 Place Jussieu - 75005 PARIS - IMPMC - Barre 22-23 - 4e étage  - salle 401

Frédéric Marin -Université de Bourgogne

Résumé

Les biominéraux calcaires (CaCO₃) sont les minéralisations biogéniques les plus répandues à la surface de la Terre. Synthétisés par de nombreux clades du vivant - des bactéries aux organismes eucaryotes pluricellulaires animaux (métazoaires) ou végétaux (‘algues’) en passant par les eucaryotes unicellulaires (‘protistes’) - ils représentent à l’échelle globale des volumes considérables, contribuant aux grands cycles biogéochimiques terrestres et à la régulation du climat tout en constituant un archivage inégalé des conditions environnementales actuelles et fossiles.

Nous nous focaliserons sur les biominéraux calcaires des métazoaires. Par-delà leur diversité morphologique et fonctionnelle (exosquelettes d’éponges, de coraux ou de bryozoaires, coquilles de mollusques, carapaces ou gastrolithes de crustacés, tests d’oursin, tubes de vers, otolithes, coquille d’œuf, etc…), tous ont un point commun : celui d’être des minéralisations biologiquement contrôlées, i.e., synthétisées sous le strict contrôle génétique de l’organisme qui les produit. Un des aspects de ce contrôle est la sécrétion, par les tissus en train de calcifier, d’une matrice extracellulaire qui va favoriser la minéralisation et guider la mise en place des architectures cristallines. Cette matrice est un ensemble complexe de protéines, glycoprotéines et polysaccharides. Elle reste incluse dans la structure minérale, une fois celle-ci formée ; elle est donc susceptible de se « fossiliser ».

Pendant plusieurs décennies, on a strictement confiné la matrice calcifiante à des fonctions d’interaction avec le calcium ou avec le carbonate de calcium en formation, notamment du fait de la découverte précoce (à la fin des années 70) des protéines acides, qui semblent jouer un rôle central et universel dans la biominéralisation carbonatée. Cependant, depuis les années 2010, les approches ‘omiques’ - transcriptomique couplée à la protéomique - opérées sur de nombreux clades calcifiants (oursins, mollusques, coraux, crustacés) ont montré que cette matrice est beaucoup plus que cela : c’est une véritable « boîte à outils moléculaires » comprenant de très nombreuses protéines aux fonctions multiples. Certaines fonctions semblent à peu près identifiées, du fait de la similitude des séquences correspondantes avec celles de protéines connues dans d’autres systèmes non calcifiants. C’est notamment le cas d’enzymes (anhydrase carbonique, tyrosinase, etc…) ou encore, de protéines impliquées dans des fonctions de protection (inhibiteurs de protéases). D’autres protéines – très nombreuses - comportent dans leurs séquences des domaines de faible complexité, dont les fonctions restent inconnues à ce jour, car non testées expérimentalement.

Nous ferons le point sur ces diverses fonctions, à travers quelques exemples traités au laboratoire, et nous en tirerons des observations sur l’évolution des systèmes calcifiants. In fine, nous esquisserons la diagenèse de ces protéines, c’est-à-dire la manière dont ces protéines « fossilisent » et se dégradent au cours du temps.