Pourquoi les limandes vivant dans l’Atlantique Nord ne gèlent pas ? A novel antifreeze protein in fish

Les poissons habitant les eaux polaires se sont adaptés à un environnement particulièrement hostile. Non seulement ils doivent maintenir une activité métabolique à des températures inférieures à zéro degré Celsius et contrôler leur osmolarité dans un environnement contenant près de 0,5 M de sels, mais ils doivent aussi se protéger contre le gel. L’eau de mer, dont la concentration en sels est près de 2,5 fois plus élevée que celle du plasma sanguin, gèle à une température de – 1,9 ^oC, température qu’elle atteint régulièrement pendant la saison hivernale. Puisque le plasma sanguin gèle à une température de –0,8 ^oC, les organismes inadaptés gèleraient rapidement dans cette eau contenant d’innombrables minuscules germes de cristaux de glace pouvant servir à tout moment comme centre de nucléation de la glace. Afin de se protéger contre ce phénomène, de nombreux poissons produisent des protéines antigel (PAG) [1], qui se fixent à la surface des cristaux de glace empêchant ainsi la croissance de ces cristaux (effet Kelvin). La présence de PAG abaisse le point de congélation d’une solution en dessous de son point de fusion colligatif et la différence, appelée « hystérésis thermale » (HT), est une propriété de la solution qui peut être mesurée en laboratoire. Les poissons du nord de l’Atlantique, incluant les limandes (flets), les éperlans, les harengs, les lycodes, les chaboisseaux et les morues, fabriquent des PAG ainsi que des glycoprotéines antigel de cinq types différents, qui sont non homologues et remarquablement diverses en terme de séquence et de structure [1]. Les limandes plie rouge (Pleuronectes americanus) fabriquent une PAG découverte il y a plus de 30 ans [2]. Cette PAG (de « type I ») est composée d’une simple hélice α amphipatique de 33 acides aminés [3] qui se lie à la face pyramidale de la glace [4] via une surface riche en résidus alanine et complémentaire de celle du réseau cristallin de la glace. Cette protéine est fabriquée en grande quantité par le foie, d’où elle est exportée dans le sang à une concentration de 10-15 mg/ml [5], qui devrait résulter en une hystérésis thermale de 0,7 ^oC [6]. Cette activité antigel, lorsqu’elle est combinée à l’effet colligatif des solutés sanguins, pourrait contribuer à protéger les limandes jusqu’à une température de ‑ 1,5 ^oC, mais les laisseraient vulnérables à la température de ‑ 1,9 ^oC des eaux du nord de l’Atlantique dans lesquelles elles vivent. Afin de déterminer si la résistance des limandes au gel était due à des facteurs antigel supplémentaires, nous avons mesuré le degré de HT dans un échantillon de plasma soigneusement maintenu à basse température. Contre toute attente, le degré de HT était supérieur à 2 ^oC [7], soit plus de deux fois l’activité maximale de la PAG de « type I ». De plus, les cristaux de glace présents dans le plasma étaient d’une forme fuselée complexe alors que les cristaux très particuliers dus à la présence de PAG de « type I » ont une forme de bipyramide hexagonale (Figure 1). Au contraire, lorsqu’un aliquot de l’échantillon était préalablement réchauffé à température ambiante, le degré de HT était largement réduit et les cristaux avaient alors une forme de bipyramide hexagonale. Ces observations suggèrent la présence dans les limandes, en plus de la PAG de « type I », d’une PAG thermolabile. Cette nouvelle PAG a été purifiée à basse température grâce à des techniques chromatographiques conventionnelles ainsi qu’à une technique de purification développée par notre groupe utilisant l’affinité des PAG pour la glace [8]. Puisqu’une masse de glace grossissant très lentement exclut les …