Quand les tumeurs redessinent les interactions entre espèces

L’émergence et la prolifération de cellules tumorales sont des processus normaux et fréquents chez les organismes multicellulaires depuis leur apparition à la fin du PrécambrienAktipis, C. A. & Nesse, R. M. Evolutionary foundations for cancer biology. Evolutionary Applications 6, 144–159 (2013).Madsen, T. et al. Cancer Prevalence and Etiology in Wild and Captive Animals. in Ecology and Evolution of Cancer 11–46 (2017). doi:10.1016/B978-0-12-804310-3.00002-8. Ils peuvent entraîner des pathologies graves, comme des cancers invasifsHanahan, D. & Weinberg, R. A. Review Hallmarks of Cancer : The Next Generation. Cell 144, 646–674 (2011).Maley, C. C. et al. Classifying the evolutionary and ecological features of neoplasms. Nature Reviews Cancer (2017). doi:10.1038/nrc.2017.69. Si ces phénomènes ont jusqu’à récemment été quasi-exclusivement étudiés par les oncologues chez l’homme et les animaux domestiques, ils suscitent un engouement croissant au sein de la communauté des écologistes et des biologistes de l’évolutionFrédéric Thomas, Camille Jacqueline, Tazzio Tissot, Morgane Henard, Simon Blanchet, Géraldine Loot, Erika Dawson, Frédéric Mery, François Renaud, Jacques Montagne, Christa Beckmann, Peter A. Biro, R. H. & B. U. The importance of cancer cells for animal evolutionary ecology. Nature Ecology and Evolution. 1, 1592–1595 | (2017).. En effet, il est à présent admis que les dynamiques tumorales, comme celles de toutes entités vivantes, sont gouvernées par des processus DarwiniensMerlo, L. M. F., Pepper, J. W., Reid, B. J. & Maley, C. C. Cancer as an evolutionary and ecological process. Nature reviews cancer 6, 924–935 (2006).Greaves, M. & Maley, C. C. Clonal evolution in cancer. Nature (2012). doi:10.1038/nature10762. Par ailleurs, même s‘ils n’évoluent pas toujours vers des formes invasives/métastatiques, les processus tumoraux sont omniprésents chez les métazoairesFolkman, J. & Kalluri, R. Cancer without disease. Nature 427, 787 (2004).Thomas, F. et al. Cancer Is Not (Only) a Senescence Problem. Trends in Cancer (2018). doi:10.1016/j.trecan.2018.01.002 et des travaux théoriques suggèrent qu’ils influencent probablement chez ces derniers des variables fondamentales en écologie, comme les traits d’histoire de vie, les aptitudes compétitrices, la vulnérabilité aux parasites et aux prédateurs, ou encore la capacité à disperserVittecoq, M. et al. Cancer: A missing link in ecosystem functioning? Trends in Ecology and Evolution 28, 628–635 (2013).Jacqueline, C. et al. Cancer: A disease at the crossroads of trade-offs. Evolutionary Applications 10, 215–225 (2017).. Ces effets pourraient provenir à la fois des conséquences pathologiques des tumeurs, mais aussi des coûts liés au fonctionnement des mécanismes de défenses chez les hôtes. Comprendre les conséquences écologiques et évolutives des interactions hôtes-tumeurs est  ainsi devenu  un thème de recherche phare en Ecologie et en Biologie Evolutive, mais les travaux expérimentaux manquent pour le moment.

Pour combler cette lacune, des chercheurs, dont certains issus des laboratoires Maladies Infectieuses et Vecteurs : Ecologie, Génétique, Evolution et Contrôle (MIVEGEC) et Littoral, Environnement et Sociétés (LIENSs) ont exploré l’hypothèse selon laquelle les processus cancéreux peuvent modifier les interactions entre espèces. Ils ont pour cela développé un microcosme artificiel (tripartite), qui permet de tester expérimentalement si les individus porteurs de tumeurs, comparés aux individus sains, entretiennent des interactions différentes avec leurs proies, leurs commensaux et leurs prédateurs.

Le cnidaire Hydra oligactis (ci-après dénommé hydre), espèce commune dans les écosystèmes aquatiques dulçaquicoles, est un prédateur de petits invertébrés, mais est également une proie pour les poissons et peut aussi héberger différents symbiontes. Cette espèce d’hydre peut par ailleurs développer des tumeurs qui modifient radicalement le phénotype des individus (c.à.d., forme du corps du polype, nombre de tentacules, voir figure 1). Compte tenu des différences phénotypiques substantielles entre les hydres saines et tumorales, les chercheurs ont émis l'hypothèse que la présence de tumeurs devrait influencer les relations entre les hydres et les autres espèces. Pour tester cette hypothèse, ils ont comparé expérimentalement les conséquences des tumeurs sur trois types d'interactions biotiques: (i) la capacité des hydres à attraper des proies, (ii) à servir d'hôte à un cilié commensal et (iii) leur vulnérabilité aux prédateurs. 

Les scientifiques ont montré que (i) la capacité de prédation des hydres tumorales était augmentée par rapport aux hydres saines. Ce qui s'explique a priori par un nombre supérieur de tentacules comparé aux hydres saines. (ii) Les hydres tumorales sont plus souvent colonisées par les ciliés, lesquels prolifèrent aussi plus rapidement sur les hôtes tumoraux et (iii) des hydres tumorales sont plus souvent consommées par les poissons prédateurs.

Ces résultats ouvrent des pistes de recherche concernant l'implication écologique des processus oncogéniques dans les écosystèmes. Des cascades trophiques altérées pourraient être attendues en présence d'hydres tumorales dans l'écosystème, un processus qui est également susceptible d'accélérer le flux d'énergie et les cycles de nutriments, comme cela est observé dans le cadre des interactions hôtes-parasites.  De même, en boostant la dynamique de population de leurs ciliés commensaux, les hydres tumorales augmentent probablement le risque que d'autres espèces d'hydres soient aussi colonisées par ce cilié généraliste.

Références complémentaires (voir notesJustine Boutry, Antoine M.Dujon, Anne-LiseGerard SophieTissot Nick Macdonald Aaron Schultz Peter A.Biro Christa Beckmann, Rodrigo Hamede, D. G. H. M. G. B. U. F. Ecological and Evolutionary Consequences of Anticancer Adaptations. iScience Volume 23, (2020).Ujvari, B., Roche, B. & Thomas, F. Ecology and Evolution of Cancer. Ecology and Evolution of Cancer (2017).)