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Les tropomyosines
dimanche 22 mars 2009, par
La base Allerdata recense près d’une centaine de produits allergisants contenant une tropomyosine IgE-réactive. C’est la seconde famille de protéines, après les profilines, en nombre d’allergènes identifiés à ce jour.
Hoffman avait dès 1981 repéré ce type de protéine comme étant un allergène dans la crevette. Et Witteman montrait en 1994 le rôle des tropomyosines dans la réactivité croisée entre crevette et acariens
. Depuis, il a été montré que les tropomyosines méritaient leur qualification de « panallergènes » car elles présentent une IgE-réactivité dans l’ensemble des catégories d’animaux invertébrés : crustacés, mollusques, insectes, acariens, nématodes, ...
Connues principalement pour rendre compte de la majorité des allergies aux crustacés, les tropomyosines participent à des degrés divers à des associations cliniques ou immunologiques entre ces diverses catégories d’animaux.
Un concept plus large de « panallergie » aux invertébrés a été avancé par Panzani
, au sein duquel les tropomyosines ont probablement un rôle non négligeable. Il a le mérite de rappeler la place des allergènes issus d’insectes. En dehors des phénomènes d’émergence aigüe d’insectes (ex. trichoptères, mouches du Soudan, ..) et des contacts professionnels (ex. papillon de la farine, charançons, ..), une source sous-estimée d’allergènes est en effet constituée de débris d’insectes vivant dans les habitations et dont la présence est négligée ou méconnue
. C’est le cas, par exemple, pour les poissons d’argent (Lepisma saccharina) qui possèdent une tropomyosine douée d’IgE-réactivité
.
Que sont les tropomyosines ?
Les tropomyosines sont connues avant tout comme des allergènes présents dans les muscles des invertébrés (ex. la chair des crustacés). De fait, elles jouent rôle indispensable dans la contractilité de la cellule musculaire
. Cependant, on trouve aussi des tropomyosines dans d’autres types cellulaires, comme le cerveau ou les fibroblastes. Et les tropomyosines ne sont pas l’apanage des invertébrés : les animaux vertébrés, y compris l’homme, possèdent aussi des tropomyosines.
L’importance physiologique de ces protéines justifie en partie leur bonne « conservation » au cours de l’évolution des espèces. Pour d’autres mécanismes cellulaires soit la famille de protéines a changé (ex. arginine kinases chez les invertébrés et créatine kinases chez les vertébrés), soit les disparités au sein de la famille se sont amplement accumulées. Les tropomyosines ont dans leur ensemble des % d’identité séquentielle plutôt élevés.
Structure des tropomyosines
Les tropomyosines ont une structure assez particulière : elles forment une sorte de filament torsadé double-brin (cf. figure ci-dessous). Ce sont donc des dimères à l’état naturel, les 2 molécules étant assemblées tête-bêche. A noter que cet assemblage risque de ne pas être reproduit avec une protéine recombinante exprimée par E. coli (avec perte de pertinence clinique ?).
Structure tridimensionnelle d’une tropomyosine (réf. PDB 2b9c
)
Au sein de la cellule musculaire les tropomyosines sont associées avec d’autres protéines comme l’actine, la myosine et des troponines pour produire la contraction. Il est intéressant de souligner que nombre de ces protéines sont également douées d’IgE-réactivité.
La structure globale des tropomyosines n’est donc pas globulaire. Leurs épitopes B seront ainsi plutôt « linéaires » que conformationnels.
Un certain degré de répétition a été détecté sur l’enchaînement des acides aminés (AA) des tropomyosines, notamment au niveau de leurs épitopes
. Ces séquences répétitives d’AA pourraient contribuer à l’allergénicité des tropomyosines en facilitant un pontage d’IgE contigües sur les cellules effectrices par réactivité croisée intra-moléculaire. Cependant, ces motifs répétitifs sont trop courts (5 AA) pour constituer en eux-mêmes des épitopes et quand on intègre les autres AA des épitopes, on n’obtient pas un degré d’homologie suffisant entre épitopes pour assurer une telle réactivité croisée intra-moléculaire
.
L’homologie séquentielle des tropomyosines
Les tropomyosines constituent un exemple très rare de famille protéique où une identité totale (100%) est possible entre 2 protéines issues d’espèces vivantes différentes. Bien sûr, ces espèces sont très proches taxonomiquement et, dans le cas d’espèce il s’agit de crevettes : Farfantepeaeus aztecus (tropomyosine Pen a 1), Penaeus monodon (Pen m 1), Litopenaeus vannamei (Lit v 1), et Penaeus japonicus.
Des % d’identité très proches de 100% ne sont pas rares également, comme 99,6% entre des tropomyosines de blattes Periplaneta (Per a 7 et Per f 7)
ou 98,9% entre des tropomyosines de seiche et de calamar
.
Comme beaucoup d’autres sortes de protéines, les tropomyosines existent à l’état naturel, sous différentes variantes et isoformes. On distingue ainsi des tropomyosines « fast », des « slow », etc, ... On pourrait s’attendre à ce que les % d’identité entre ces variantes soient très élevés : ce n’est pas toujours le cas et certaines « fast » n’ont que 88-95% d’identité avec les « slow » du même animal
.
Il est possible que ces petites différences participent à l’individualité des réponses IgE des patients.
Au sein d’un même groupe taxonomique (ex. les Crustacés) les % d’identité entre tropomyosines sont très supérieurs à ceux existant d’un groupe à un autre. On constate donc un certain parallélisme entre proximité taxonomique et homologie. Cependant, des divergences sont possibles :
- bien qu’étant classés comme les Décapodes parmi les Crustacés, les pouce-pieds ont des tropomyosines plus homologues de celles des Gastéropodes (calamar, ormeau, etc..) que de celles des Décapodes (crevettes, crabes, etc..)

- le krill est composé de mini-crevettes et appartient à une branche proche des Décapodes, tandis que les squilles en sont plus éloignées. Mais c’est le contraire pour leurs tropomyosines

- les tropomyosines de poulpe et d’escargot ont un % d’identité équivalent vis-à-vis de Pen m 1 (crevette P. monodon) : pourtant la tropomyosine de poulpe est immunologiquement plus proche de Pen m 1 que n’est celle d’escargot
.
Homologies et épitopes
Les tropomyosines n’adoptant pas une structure tertiaire globulaire se prêtent bien à l’étude des épitopes par la technique de « peptides chevauchants ».
Plusieurs travaux se sont ainsi attachés à positionner les zones épitopiques sur la chaîne polypeptidique et à comparer ces positions d’une tropomyosine à une autre, ou selon les patients :
- on constate une variabilité partielle du positionnement des épitopes sur une même tropomyosine, selon les patients

- de même, le pourcentage de patients reconnaissant tel ou tel épitope est variable : par exemple entre 27 et 83% selon les épitopes sur Pen a 1

- un % d’identité très élevé entre deux tropomyosines n’est pas une garantie pour que les épitopes de ces tropomyosines soient eux-mêmes à des emplacements équivalents
, ni que les épitopes soient 100% identiques : par exemple l’épitope en position 249-259 sur Pen m 1 est très bien conservé sur les différentes catégories de mollusques, mais l’épitope 88-101 sur Pen m 1 n’est fidèlement retrouvé que chez les Céphalopodes seulement
.
La relation taxonomie -> homologie est globalement valide au niveau des épitopes : l’homologie chute à mesure que la distance taxonomique croît :
- pour l’épitope 47-63 de Pen i 1 (crevette Penaeus indicus) on a 94% d’identité au même endroit sur Met e 1 (crevette Metapenaeus ensis), mais 53% sur la tropomyosine de mouche drosophile, et 20-25% sur des tropomyosines de mammifères

- Trois des 6 zones épitopiques partagées par les Crustacés présentent des modifications significatives sur les tropomyosines de blattes ou d’acariens

- il en est de même pour les acariens
: des épitopes sont plus ou moins spécifiques de tel ou tel acarien, malgré des % d’identité globaux très élevés entre leurs tropomyosines
Le tableau ci-dessous montre l’homologie entre les 5 épitopes de Pen a 1 et les zones correspondantes sur différentes tropomyosines : on peut constater que la chute d’identité globale, générée par la distance taxonomique entre les animaux, ne touche pas de manière parallèle les zones équivalentes aux épitopes de Pen a 1 sur les tropomyosines de ces animaux. Ainsi on a jusqu’à 71-76% d’identité pour le lapin ou le poulet, alors que ces tropomyosines sont réputées ne pas croiser avec celles des Crustacés, des taux atteints plus difficilement sur la tropomyosine de moule qui, elle, est connue pour croiser
.
Identité (en %) entre Pen a 1 et d’autres tropomyosines, au niveau global et au niveau des épitopes de Pen a 1
| % id. | % id. au niveau des épitopes | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| global | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Homard | 98 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Blatte | 82 | 60 | 100 | 80 | 100 | 81 |
| Acarien | 81 | 60 | 95 | 73 | 100 | 89 |
| Moule | 57 | 53 | 52 | 40 | 57 | 76 |
| Poulet | 58 | 33 | 71 | 47 | 76 | 44 |
| Lapin | 56 | 33 | 71 | 47 | 71 | 44 |
Malgré tout, l’étude des épitopes IgE-réactifs des tropomyosines a fourni globalement des résultats assez cohérents avec la relation taxonomie -> homologie. En est-il de même pour l’interprétation à accorder à ces résultats ? Il n’est pas inutile de rappeler à ce sujet 2 points concernant les épitopes :
- les techniques de placement des épitopes par « peptides chevauchants », même si elles sont bien adaptées à des protéines non globulaires comme les tropomyosines, traduisent mal la physiologie épitopique : l’affinité des ces petits peptides artificiels est considérablement plus faible que celle de l’allergène natif
. Dès lors, les liaisons observées in vitro entre ces peptides et des IgE de patients sont-elles cliniquement relevantes ? - il suffit parfois de modifier un seul AA au sein d’un épitope pour que l’IgE-réactivité soit radicalement changée
. Aussi, le risque est grand de voir contredite la quasi-certitude qu’il y aura IgE-réactivité du fait d’une quasi-identité avec un épitope connu.
Et cela pose la question de notre aptitude à prédire si une protéine est ou pourrait être un allergène (cf. Prédiction de l’allergénicité).
Homologie, épitopes et réactions croisées in vitro
Comment ces ressemblances ou disparités au niveau des épitopes se traduisent-elles en termes de réactivité croisée entre tropomyosines ?
Les travaux visant à démontrer l’existence de réactions croisées (RC) entre tropomyosines sont assez cohérents avec la relation taxonomie -> homologie :
- chez des patients allergiques aux crustacés, des RC sont vues entre crustacés
, entre crustacés et mollusques
et/ou blattes 
- chez des patients avec allergie aux acariens on observe des RC entre tropomyosines d’acariens
et entre celles d’acariens ou blattes et crustacés 
- chez des patients avec rhinite/asthme une réactivité croisée a été montrée entre crustacés et/ou acariens et insectes (ex. blattes)

- chez des allergiques aux escargots, des RC sont possibles avec des mollusques marins, mais sont plus limitées entre escargots et crustacés, acariens et/ou blattes

- chez des allergiques aux blattes, les RC avec les acariens ou les crustacés semblent très restreintes
.
Existe-t-il un « syndrome tropomyosines » ?
On connaît un grand nombre de tropomyosines ainsi que de multiples réactions croisées entre elles : est-ce que cela se traduit également en clinique, à l’image par exemple du « syndrome bouleau-pomme » ? Est-ce qu’une sensibilisation à des tropomyosines d’acariens peut se montrer capable de générer une allergie aux crevettes ?
L’étude de Fernandes est emblématique à ce sujet : il s’agit de patients présentant un TC positif pour la crevette mais n’ayant jamais mangé de fruits de mer. Les 9 patients en question avaient tous un TC positif pour les acariens. De plus, la tropomyosine de crevette Pen a 1 était inhibable par un extrait d’acariens. On serait donc en droit de suspecter une sensibilisation initiale vis-à-vis des acariens (et de leurs tropomyosines) ayant induit une réactivité secondaire aux crevettes.
Il aurait été intéressant de savoir si cette réactivité croisée, sérologique et cutanée, s’exprimait cliniquement, c’est-à-dire allait jusqu’à une véritable llergie croisé. Mais les pratiques religieuses de ces sujets leur interdisait d’ingérer des fruits de mer et donc de pratiquer un TPO.
Même sans cette vérification, il semble peu vraisemblable que les allergies aux crustacés soient communément générées par une sensibilisation préalable aux acariens. En effet, la prévalence de l’allergie aux crustacés (ou aux mollusques et/ou escargots) chez les allergiques aux acariens n’est pas de 40-60% comme c’est le cas pour la pomme chez les polliniques au bouleau.
Et c’est plutôt l’inverse qui est observé : beaucoup de patients avec allergie alimentaire aux crustacés ou mollusques sont également réactifs aux acariens.
On serait donc plutôt en présence d’un effet de sélection, les allergiques aux crustacés/mollusques étant plus souvent des atopiques.
Si certains travaux concluent en estimant possible une induction d’allergie aux crevettes du fait d’une sensibilisation initiale aux tropomyosines d’acariens
, pour d’autres auteurs, ce « syndrome tropomyosines » associant aliments et acariens et/ou blattes n’est pas cliniquement démontré
. Et dans le cas des escargots, si l’association clinique est relativement admise, le rôle des tropomyosines est, lui, contesté.
Pour les tropomyosines parasitaires, le lien entre allergie respiratoire, réactivité aux acariens et/ou blattes et parasitose est également mal élucidé, malgré les fortes prévalences de positivité pour les tropomyosines d’acariens et de blattes (40 à 75%) dans les régions d’endémie parasitaire
. La sensibilisation précoce à une tropomyosine parasitaire peut-elle jouer un rôle d’adjuvant
?
Une analyse plus détaillée de ces relations entre invertébrés est donnée dans divers chapitres d’Allerdata, lesquels sont accessibles avec les liens du tableau ci-dessous :
| Crustacés | Acariens | Mollusques marins | |
|---|---|---|---|
| Crustacés | voir | ||
| Acariens | voir | voir | |
| Moll. Marins | voir | voir | voir |
| Escargots | voir | voir | voir |
| Blattes | voir | voir |
Les tropomyosines sont un support intéressant pour aborder les questions de l’origine des réactions croisées et de la prédictibilité de l’allergénicité d’une protéine. Aussi, on trouvera des notions complémentaires sur les tropomyosines en se référant à ces 2 thèmes.



