Photorécepteur (biologie)

Suivant le contexte, le terme photorécepteur peut désigner :

  1. un neurone sensoriel sensible à la lumière que l'on trouve sur la couche postérieure de la rétine (on parle alors de cellule photoréceptrice ou neurone photorécepteur)
  2. la molécule qui assure la transduction de l'énergie lumineuse en signal biochimique au sein de la cellule photoréceptrice.
  3. une protéine photoréceptrice ou activée par certaines longueurs d'ondes de la lumière, y compris chez les bactéries, champignons et les plantes ; ces dernières disposent de plusieurs types de photorécepteurs différents[1] ; dont les cryptochromes.

Les cryptochromes (présents chez de nombreux animaux et plantes) ne sont activés que par la lumière bleue ou bleue-verte du spectre visible[2],[3], mais qui sont également sensible à un champ magnétique ou électromagnétique.
Les observations faites sur une plante modèle (Arabidopsis thaliana), laissent penser que chez les plantes, les cryptochromes agissent synergiquement avec les phytochromes[4],[5].

Généralités

Chez les mammifères et l'Homme

Structure des cônes et des bâtonnets.

Les cellules photoréceptrices peuvent grâce à leur capacité d'adaptation répondre à de très faibles intensités lumineuses arrivant dans l'œil (dans des conditions expérimentales précises, un photon seul peut suffire à les stimuler). Elles existent sous deux formes :

  • les cônes, (5-10 % des photorécepteurs) à réponses rapides et sensibles suivant leur type à différentes gammes de longueur d'onde de la lumière et permettent donc de voir les couleurs, mais aussi d'avoir une vision nette (forte acuité visuelle). Ils peuvent être stimulés avec un minimum expérimental de 100 photons. Ils sont composés principalement d'un pigment photosensible, la iodopsine, qui est présente sous trois types, caractérisant la longueur d'onde de la lumière que chaque pigment peut capter:
    • les cônes bleus contenant majoritairement de l'iodopsine « S » (400 nm à 500 nm avec un pic à 470 nm)
    • les cônes verts contenant majoritairement de l'iodopsine « M » (450 nm à 650 nm avec un pic à 530 nm)
    • les cônes rouges contenant majoritairement de l'iodopsine « L » (450 nm à 700 nm avec un pic à 600 nm)
  • les bâtonnets, plus lents et plus grands, il n'y en a qu'un type (mais qui possède plus de pigments photorécepteurs que le cône), permettant la vision nocturne mais pas la vision des couleurs. Ils permettent aussi la vision périphérique.

Propriétés fonctionnelles du neurone photorécepteur chez les mammifères

La réponse analogique des photorécepteurs à la puissance lumineuse suit approximativement une loi logarithmique de telle sorte que la comparaison de différentes réponses mesurent des rapports de puissance lumineuse.

Ils diffusent cette activité grâce à leurs synapses avec les cellules bipolaires et horizontales, de telle sorte que les activités de ces cellules sur la surface rétinienne forment une image des contrastes lumineux. Ce signal est ensuite propagé en avant des cellules bipolaires jusqu'aux cellules ganglionnaires. Les cellules horizontales et amacrines jouent alors un rôle important en propageant en même temps le signal latéralement dans la rétine.

Chez les cyanophycées

Les cyanophycées sont des bactéries à capacité photosynthétique. Elles disposent de photorécepteurs dits cyanobactériochromes (CBCR). Ces derniers utilisent une photoisomérisation induite par la lumière des chromophores de biline liés pour réguler l'expression de cerrtains gènes, le mouvement directionnel et la communication cellule-cellule chez la cyanobactérie[6].

Au sein de la superfamille des phytochromes réagissant à une très large gamme spectrale ; du proche UV au rouge lointain (330 à 760 nm), les CBCR sont des capteurs photoswitchchables ; ils réagissent à un rayonnement linéaire par un mécanisme basé sur la tétrapyrrole (biline)[6]. Certains CBCR utilisent des précurseurs de chromophore 181.182-dihydrobiliverdine ou biliverdine dans leur mécanisme de détection du rouge lointain. Ces CBCR dits frCBCR. Presque tous les CBCR connus lient la phycocyanobiline (PCB), une phycobiline présente chez toutes les cyanobactéries, mais la phycobiline est beaucoup plus rare chez les phototrophes eucaryotes[6]. La structure expliquant l'absorption du rouge lointain a été étudiée à partir du « JSC1_58120g3 », un récepteur frCBCR connu chez la cyanobactérie thermophile Leptolyngbya sp. JSC-1 [6].

Ces CBCR intéressent les secteurs biomédical, de l'optogénétique, de l'imagerie des tissus profonds ainsi que des biotechnologies car elles sont activées par des longueurs d'ondes du « rouge lointain » : la partie du spectre lumineux qui plonge le mieux et le plus profondément dans la chair humaine et dans celle d'autres mammifères[6].
Les CBR pourraient donc être une source émergente de réactifs (de petite taille moléculaire), potentiellement intéressante pour la biologie synthétique et d'autres usages[6].

voir aussi

Articles connexes

Bibliographie

  • Prayag, A. S. (2017). Characterisation of non-visual photoreception in humans (Doctoral dissertation, Université de Lyon).

Notes et références

  1. Uenaka, H., M. Wada and A. Kadota (2005) Four distinct photoreceptors contribute to light-induced side branch formation in the moss Physcomitrella patens. Planta 222, 623–631
  2. Henri Brugere, « La magnétoréception, un nouveau chapitre de la physiologie sensorielle », Bulletin de l'Académie vétérinaire de France, no 1,‎ , p. 117 (ISSN 0001-4192, DOI 10.4267/2042/47984, lire en ligne, consulté le 29 octobre 2020)
  3. « Scopus preview - Scopus - Welcome to Scopus », sur scopus.com (consulté le 29 octobre 2020)
  4. Takeshi Usami, Nobuyoshi Mochizuki, Maki Kondo et Mikio Nishimura, « Cryptochromes and Phytochromes Synergistically Regulate Arabidopsis Root Greening under Blue Light », Plant and Cell Physiology, vol. 45, no 12,‎ , p. 1798–1808 (ISSN 1471-9053 et 0032-0781, DOI 10.1093/pcp/pch205, lire en ligne, consulté le 30 octobre 2020)
  5. Usami, T., N. Mochizuki, M. Kondo, M. Nishimura and A. Nagatani (2004) Cryptochromes and phytochromes synergistically regulate Arabidopsis root greening under blue light. Plant Cell Physiol. 45, 1798–1808
  6. a b c d e et f (en) Marcus V. Moreno, Nathan C. Rockwell, Manuel Mora et Andrew J. Fisher, « A far-red cyanobacteriochrome lineage specific for verdins », Proceedings of the National Academy of Sciences,‎ , p. 202016047 (ISSN 0027-8424 et 1091-6490, DOI 10.1073/pnas.2016047117, lire en ligne, consulté le 31 octobre 2020)