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Dernière mise à jour : Mai 2018

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Comment les insectes fabriquent leur cuticule ?

Synthèse des hydrocarbures cuticulaires chez les insectes

Variation de la coloration de la cuticule chez le carabe
© Inra - Drescher Jean
Nous avons découvert chez les insectes une enzyme capable de synthétiser des hydrocarbures à très longue chaine qui sont utilisés pour rendre étanche à l'eau la cuticule, le squelette externe des insectes. Cette enzyme est une innovation biochimique qui différentie les insectes de leurs ancêtres les crustacés, et qui leur a permis la conquête du milieu terrestre où ils sont le groupe animal le plus abondant et le plus diversifié.

Contexte et enjeux

Les insectes sont très sensibles à la dessiccation en raison de leur rapport surface/volume important. Leur survie dépend d'une couche fine et imperméable d'hydrocarbures à longue chaine (alcanes et alcènes de C21 à C37) déposée sur toute leur cuticule. La richesse et la diversité des hydrocarbures cuticulaires est bien connue, et au cours de leur évolution, les insectes ont utilisé ces hydrocarbures à de nombreuses autres fins, en particulier la communication (phéromones sexuelles des mouches, phéromones de piste des fourmis, reconnaissance coloniale des abeilles etc.). Cependant, le mécanisme de leur biosynthèse est resté obscur.

Résultats

 Nous avons mis en évidence les cellules qui produisent les hydrocarbures chez la mouche, les oenocytes, ainsi que l'enzyme très particulière qui permet la transformation dans ces cellules des acides gras issus du métabolisme des graisses en hydrocarbures.  L'enzyme catalyse une réaction très difficile qui consiste à couper une liaison carbone-carbone entre une longue chaine carbonée CH3-(CH2)n- et une groupe aldéhyde terminal -CHO.  Cette décarbonylation oxydative n'est connue chez aucun autre type d'organisme vivant. L'enzyme en question, de la famille des cytochromes P450, est trouvée exclusivement dans les oenocytes, et son absence par manipulation génétique conduit à la mort précoce des mouches par dessiccation. En raison des quantités importantes d'hydrocarbures secrétés en permanence par les insectes, les oenocytes sont le carrefour principal du métabolisme des graisses chez les insectes.

Ce travail est le fruit d'une collaboration avec des chercheurs de l'Université du Nevada (Reno, NV, USA) et du CNRS (Gif sur Yvette).

Perspectives

L'identification de l'enzyme responsable de la biosynthèse des hydrocarbures chez les insectes ouvre des perspectives importantes à plusieurs niveaux: Au niveau évolutif, il sera maintenant possible de tracer l'origine du gène codant pour cette enzyme chez les insectes et ainsi de déterminer comment les insectes ont pu échapper au milieu aquatique de leurs ancêtres et cousins, les crustacés pour devenir le groupe animal le plus diversifié de la planète. Au niveau pratique, cette enzyme spécifique aux insectes devient une cible potentielle pour des inhibiteurs qui pourraient désorganiser la communication ou plus directement l'équilibre hydrique des insectes. A plus long terme, le mécanisme enzymatique découvert chez les insectes pourrait être optimisé et utilisé dans la synthèse de biocarburants.

Références bibliographiques : Qiu et al., An insect-specific P450 oxidative decarbonylase for cuticular hydrocarbon biosynthesis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. (2012) Sep 11;109(37):14858-63. doi:10.1073/pnas.1208650109