Propositions pour la définition de termes concernant la locomotion des leucocytes et d'autres cellules

Bulletin de l'Organisation mondiale de la Sante, 59 (1): 153-157 (1981) Propositions pour la definition de termes concernant la locomotion des leucocytes et d'autres cellules* II existe actuellement une certaine confusion dans les termes relatifs d la locomotion des leucocytes et d'autres cellules. Or il est indispensable, pour analyser les mecanismes fondamentaux auxquels obWit cette locomotion, d'utiliser des termesprecis et standardises. La presente proposition devrait pouvoir servir de base d un systeme standardise pour la description du comportement locomoteur des leucocytes et d'autres cellules et de leur reponse d des stimuli environnementaux. Des definitions sont proposeespour les termes de locomotion aleatoire, locomotion directionnelle, chimiotaxie, chimiocinese et capacite locomotrice intrinseque. Des exemples pratiques montrent l'utilite d'un tel systeme pour l'analyse experimentale et clinique de la locomotion cellulaire. La locomotion active de cellules ou d'organismes depend de mecanismes cellulaires intrinseques, qui sont influences par certains facteurs du milieu ambiant. Toute reponse a un stimulus du milieu se traduisant par une reaction d'orientation direction- nelle est appelee taxie; les reponses a composante locomotrice non orientee sont denommees cindses (voir 1). Les termes de chimiotaxie (2) et de chimio- cindse (3) peuvent etre utilises pour la description de telles reactions quand le stimulus emanant du milieu est de nature chimique. La chimiotaxie et la chimio- cinese jouent un role appreciable dans la locomotion cellulaire, notamment chez les leucocytes (4-6). L'analyse de la locomotion leucocytaire provoqu6e par une substance chimique diffusant dans le milieu montre que ces cellules a) prennent une orientation morphologique qui suit le gradient de concentration et b) migrent, sur le plan directionnel, vers la source du gradient (7). Des cellules exposees a certains stimuli chimiques en l'absence de gradient de concentration font preuve d'une locomotion plus * Les noms des chercheurs qui ont contribue a la formulation de la nomenclature proposte sont donnes en annexe. La version originale anglaise de cet article a paru dans le Bulletin de l'Organisation mondiale de la Sante, 58 (3): 505-509 (1980). Les demandes de tires a part doivent etre adressees au Dr H. U. Keller, Institut de Pathologie, Freiburgstrasse 30, CH-3010 Berne, Suisse. marquee dont la vitesse est determinee par la nature ou par l'intensite du stimulus, mais qui n'est pas directionnelle (8-11). I1 reste A evaluer si et dans quelle mesure la chimiotaxie et la chimiocinese peuvent etre attribuees A des facteurs identiques. La capacite de locomotion active est une condition prealable du deplacement des leucocytes vers les foyers inflammatoires, et l'arriv&e de ces cellules dans ces foyers peut etre modulee par des changements de la vitesse de deplacement des cellules et/ou de la direction suivie par elles. Ces differents modes de locomotion leucocytaire devraient pouvoir etre distingues au moyen d'etudes experimentales de la fonction cellulaire. Les methodes actuelles permet- tent de mesurer des phenomenes assez complexes, comme ceux de <<locomotion aleatoire>> et de <<loco- motion directionnelle>. Une analyse plus poussee de ces phenomenes complexes devrait renseigner sur des fonctions et des reponses leucocytaires telles que la capacite locomotrice intrinseque, la chimiocinese et la chimiotaxie. I1 existe A 1'heure actuelle une assez grande confusion dans les termes relatifs A la locomotion des leucocytes. Le terme de chimiotaxie, en particulier, a e utilise dans diverses acceptions et il est donc souvent impossible de savoir A quoi se refere exacte- 4042 -153- 154 TERMINOLOGIE ment l'auteur. Ainsi, ce terme a ete frequemment employe pour qualifier un phenomene de locomotion directionnelle, mais aussi pour decrire une forme quelconque de mouvement leucocytaire (penetration dans un filtre, par exemple) en presence de sub- stances chimiques (voir 6). Les termes de << migration al6atoire>> ou de «<locomotion aleatoire>> ont et utilises indifferemment pour exprimer differents phenomenes ou caracteristiques comme la capacite locomotrice intrinseque, une variation de la vitesse de locomotion ou un simple mouvement non oriente. L'usage de ces termes varie egalement selon le domaine de la biologie en cause. Ainsi, le terme de chimiotaxie a une signification differente dans les etudes sur la locomotion des bacteries et celles ayant trait A l'orientation animale. Un emploi standardise et precis des termes est toutefois indispensable pour l'analyse des meca- nismes fondamentaux qui president A la locomotion leucocytaire dans des conditions exp6rimentales ou cliniques. Ces termes devraient permettre de faire une nette distinction entre: 1) la constatation de modes de comportement tels que locomotion aleatoire ou directionnelle, d'une part, et l'interpretation de ces observations sur le plan des fonctions cellulaires-par exemple capacite locomotrice intrinseque, chimiocinese, chimiotaxie, etc. -d'autre part; 2) la capacite locomotrice intrinseque de la cellule, d'une part, et les reactions A des facteurs regulateurs du milieu ambiant telles que chimiocinese et/ou chimiotaxie, etc., d'autre part; 3) diverses reactions (chimiocinese, chimiotaxie, etc.) A des facteurs environnementaux. L'evaluation des termes actuellement usites en biologie pour decrire la locomotion de cellules ou d' organismes montre que ces termes permettent de distinguer entre les phenomenes vises pour autant qu'ils sont employes dans un sens bien defini et de manire standardisee. Nos propositions ont princi- palement trait aux leucocytes car on rencontre chez ces cellules le phenomene de chimiocinese aussi bien que celui de chimiotaxie et la confusion des termes est donc particulirement evidente en ce qui les concerne, ce qui n'empeche que les memes criteres devraient atre appliques a l'ensemble des cellules ou organismes. Il nous semble qu'un tel canevas uni- forme serait de nature A promouvoir une analyse plus exhaustive du comportement cellulaire et A permettre de comparer valablement le comportement presente par differentes cellules ou differents organismes. Nous esquisserons donc une terminologie standar- disee du type requis, applicable tout particulirement A la reponse A des stimuli chimiques, puis nous discuterons de l'emploi des differents termes. NOMENCLATURE Definition des formes fondamentales du comporte- ment locomoteur Locomotion aI(atoire. I1 s'agit d'un type de loco- motion dont la direction est aleatoire. L'axe de la cellule ou de l'organisme en mouvement n'est pas oriente par rapport au stimulus. NOTE. Le terme de locomotion al6atoire se r6f6re habituellement (12, 13) A la tendance d'une cellule ou d'un organisme A se deplacer suivant une voie rectiligne mais dans une direction qui n'est pas influenc6e par l'environne- ment. I1 peut cependant qualifier egalement une locomotion du type "cheminement au hasard" (13), oui le deplacement de la cellule se traduit par des segments de droite s'articu- lant selon des angles dont l'orientation spatiale et le degr6 ne sont dus qu'au hasard et oil le deplacement quadratique moyen de la cellule est proportionnel au temps. Locomotion directionnelle. II s'agit d'une loco- motion faisant apparaltre une predilection ou une aversion A l'egard d'une certaine direction. L'axe de migration des cellules ou des organismes est oriente par rapport au stimulus. Definition de quelques fonctions particulieres dont depend la locomotion cellulaire CapacitW locomotrice intrinseque. I1 s'agit de la capacite intrinseque d'une cellule de se deplacer. NOTE. La manifestation de la capacite locomotrice intrinseque est fonction d'autres variables telles que l'adh6sion (14, 15) ou le decollement (16) des cellules et, probablement, leur aptitude A se d6former (17, 18). Chimiocinese. I1 s'agit d'une reaction dans laquelle la vitesse ou le rythme de locomotion cellulaire et/ou la frequence et l'ampleur des detours (changements de direction) de cellules ou d' organismes se deplacant au hasard sont determines par des substances du milieu ambiant. On qualifie la chimiocinese de positive si le deplacement de cellules migrant au hasard est aug- mente et elle est dite negative si le deplacement est diminue.° Par analogie avec des mediateurs chimiotactiques (voir ci-dessous), les mediateurs chimiocinetiques peuvent etre appeles cytokinesines, ou substances ou facteurs chimiocineiques. II y a lieu de distinguer deux formes de cinese (1): Orthocinese, soit une reaction ou l'intensite du stimulus influe sur la vitesse ou le rythme de loco- motion. a Ceci correspond au sens du terme de chimiocintse propose a l'origine par Rothert (3). La presente formulation est calqu6e sur la definition de la chimiotaxie due A McCutcheon (19) (voir ci-dessous). LOCOMOTION DES LEUCOCYTES Clinocinese, soit une reaction ou l'intensite du stimulus influe sur la frequence ou I'ampleur des detours par unite de temps. Chimiotaxie. I1 s'agit d'une reaction dans laquelle la direction du deplacement de cellules ou d'organismes est determinee par des substances contenues dans le milieu ambiant. Si la migration entraine la cellule vers la substance d'ou provient la stimulation, la chimiotaxie est dite positive et elle est negative si la migration va en sens oppose. Si par contre la direction du mouvement ne traduit pas nettement soit l'attraction soit la repul- sion par rapport A la substance diffusant dans le milieu, la chimiotaxie est qualifiee d'indifferente ou d'inexistante (19). Une chimiotaxie positive peut se manifester par l'attraction des cellules vers l'agent stimulant ou par leur retention dans des zones de concentration elev&e de substance active du fait de l'evitement des concen- trations faibles. La chimiotaxie est consideree en augmentation quand la directionnalite de la loco- motion est accrue; si cette derniere va diminuant, on dit que la chimiotaxie s'abaisse. Des termes comme celui de n6crotaxie (20) ont ete proposes afin de caracteriser la source d'oii emane la stimulation. Des mtdiateurs chimiotactiques ont e denommes cytotaxines (21) ou, de fagon moins precise, substances (22) ou facteurs (23) chimio- tactiques. EMPLOI DES TERMES Les termes que nous venons de definir ne devraient pas etre utilis6s en l'absence de demonstration exptrimentale de la forme de comportement A laquelle ils sont appliques. Si les donnees exp6ri- mentales disponibles ne justifient pas l'emploi d'un terme pr6cis6ment d6fini, il convient d'employer des termes descriptifs plus vagues. Lorsque la seule infor- mation dont on dispose indique que des cellules ont repondu A un agent stimulant par un mouvement accru, par exemple par une augmentation de leur penetration dans un filtre, il y a lieu d'employer des termes assez vagues tels que <<mouvement stimulk>> ou < mouvement accru >> (24). Distinction entreformesfondamentales de comporte- ment locomoteur et de fonctions locomotrices Aucune des methodes actuelles ne permettant la mesure directe de fonctions comme la capacite loco- motrice intrinseque, la chimiocinese ou la chimio- taxie, ces fonctions doivent etre d6termin6es par l'analyse de phenomenes complexes tels que ceux de locomotion al6atoire et/ou directionnelle. Exemples * Le fait que des cellules ou des organismes se rassemblent en reponse A un gradient chimique n'est pas une preuve suffisante de migration directionnelle ou de chimiotaxie. L'analyse du comportement de cellules ou d'organismes isoles a montre qu'un tel phenomene peut etre dO soit A une locomotion alea- toire biaisee, de type clinocinese (25, 26, 27) soit A une locomotion directionnelle de type chimiotaxie (7, 19, 20). * Un mouvement cellulaire diminue en cas de loco- motion aleatoire peut refleter une deficience de la capacite locomotrice intrinseque qui peut etre due A des alterations structurelles du systeme contractile de la cellule (28), mais qui peut aussi traduire une chimiocinese negative due A des substances de regu- lation telles que les facteurs d'immobilisation des neutrophiles (29, 30). * Un mouvement cellulaire diminue en cas de loco- motion directionnelle peut traduire soit une defi- cience de la capacite locomotrice intrinseque, soit une chimiocinese negative et/ou une chimiotaxie amoindrie A la suite, par exemple, d'une <desacti- vation>> par des cytotaxines (23) ou d'alterations cellulaires (4). Distinction entre la capacite locomotrice intrinseque et les reactions d des facteurs du milieu ambiant, telles que chimiocin&se et chimiotaxie La distinction ne presente aucune difficulte si l'action des substances chimiques est analysee sur des cellules se deplacant in vitro. I1 est facile aussi de distinguer une modification de la chimiotaxie d'une alteration de la capacite locomotrice intrinseque au moyen d'une mesure simultanee de la locomotion aleatoire. Neanmoins, il est plus difficile de trancher la question de savoir si des cellules provenant d'un patient font preuve d'une locomotion amoindrie en raison d'alterations cellulaires intrinseques ou si ce phenomene est dt A des facteurs d'immobilisation. Exemples * L'examen sur la base des definitions proposees du comportement de leucocytes preleves sur des patients presentant le syndrome du <<leucocyte paresseux>> montre que ces cellules temoignent d'une locomotion aleatoire diminuee, mais qu'elles ne sont atteintes d'aucune deficience sur le plan chimiotactique (6). * Des cellules peuvent se comporter comme des << leucocytes paresseux >> en raison de deficiences intrinseques-affectant par exemple leur systeme contractile (28)-ou d'influences chimiocinetiques regulatoires (29, 30). On n'a toujours pas etabli 155 156 TERMINOLOGIE laquelle des possibilites envisagees est a l'origine du syndrome du <<leucocyte paresseux>> proprement dit (31). Pour en elucider la cause, il convient d'entre- prendre des experiences complementaires en vue d'evaluer I'adhesion cellulaire, I'aptitude des cellules a se deformer, 1'etat des structures contractiles et les processus metaboliques dont les <<leucocytes pares- seux>> sont le siege, ou de rechercher la presence de cytokinesines dans le sang circulant du patient. Distinction entre chimiotaxie et chimiocindse Des etudes experimentales et cliniques montrent que la chimiocinese et la chimiotaxie peuvent etre tributaires de differents facteurs ou mecanismes (4, 19). Le critere du rassemblement cellulaire dans un gradient chimique ne permet pas A lui seul de dis- tinguer entre chimiotaxie et chimiocinese. Mais on peut dire qu'il y a chimiotaxie lorsque l'orientation de la locomotion cellulaire se fait par rapport A I'axe du gradient. Au cas oA la vitesse de locomotion ou la frequence des detours varient pour differentes zones du gradient, il peut y avoir aussi chimiocinese. Celle- ci peut etre appreciee par 6tapes A differentes concentrations du facteur stimulant en l'absence de gradient, si les cellules ne s'adaptent pas au stimulus ou si leur adaptation est suffisamment lente (32, 33). Au cas oi la reponse au stimulus se fait en un temps tres bref, la chimiocinese ne peut etre mise en evidence que dans un gradient de concentration. Exemple * On a signale que certaines substances n'avaient d'autre effet que chimiotactique (19, 34), alors que les facteurs d'immobilisation des neutrophiles (29, 30) peuvent influer sur le degre de locomotion sans exercer d'effet chimiotactique. Annexe CHERCHEURS AYANT CONTRIBUE A LA FORMULATION DE LA NOMENCLATURE PROPOStE Le projet de nomenclature original a ete prepare par H. U. Keller, P. C. Wilkinson, M. Abercrombie, E. L. Becker, J. G. Hirsch, M. E. Miller, W. S. Ramsey, et S. H. Zigmond, et il a ete publie dans trois periodiques: Cell biology international reports, 1: 391-397 (1977) Clinical and experimental immunology, 27: 377-380 (1977) Journal of immunology, 121: 2122-2124 (1978). A la suite de cette publication, des commentaires et des suggestions ont ete recus d'un certain nombre d'autres chercheurs, et la version qui precede en reflete 1'essentiel. Cette version revisee a ete approuvee par les chercheurs suivants: H. U. Keller, Berne, Suisse; P. C. Wilkinson, Cambridge, Angleterre; M. Abercrombie, Cam- bridge, Angleterre; E. L. Becker, Farmington, Etats-Unis d'Amerique; J. G. Hirsch, New York, Etats-Unis d'Amerique; M. E. Miller, Torrance, Etats-Unis d'Amerique; W. S. Ramsey, Corning, Etats-Unis d'Amerique; S. H. Zigmond, Philadelphie, Etats-Unis d'Amerique; F. K. Austen, Boston, Etats-Unis d'Amerique; J. Baum, Rochester, Etats-Unis d'Amerique; J. F. Borel, Bale, Suisse; A. S. G. Curtis, Glasgow, Ecosse; G. A. Dunn, Cambridge, Angleterre; J. I. Gallin, Bethesda, Etats-Unis d'Amerique; E. J. Goetzl, Boston, Etats- Unis d'Amerique; A. K. Harris, Chapel Hill, Etats- Unis d'Amerique; J. R. Humbert, Buffalo, Etats- Unis d'Amerique; E. Sorkin, Davos-Platz, Suisse; J. P. Trinkaus, New Haven, Etats-Unis d'Amerique; J. M. Vasiliev, Moscou, URSS; L. Weiss, Buffalo, Etats-Unis d'Amerique; J. H. Wissler, Bad Nauheim, Republique federale d'Allemagne. REFERENCES 1. FRAENKEL, G. S. & GUNN, D. L. The orientation of animals. Kinesis, taxes and compass reactions. Londres, Oxford University Press, 1940. Reimpression chez Dover Publications, New York, 1961. 2. PFEFFER, W. Locomotorische Richtungsbewegung durch chemische Reize. Untersuchungen aus dem Botanischen Institut zu Tubingen, 1: 363-482 (1884). 3. ROTHERT, W. Beobachtungen und Betrachtungen tlber taktische Reizerscheinungen. Flora, 88: 371-421 (1901). 4. MILLER, M. E. Pathology of chemotaxis and random mobility. Seminars in hematology, 12: 59-82 (1975). LOCOMOTION DES LEUCOCYTES 157 5. 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