Reconstruction tridimensionnelle de l’appareil alimentaire de la tique Ixodes ricinus (Acari : Ixodidae) : un nouvel aperçu du mécanisme de l’alimentation en sang

Imagerie par rayons X de la femelle I. ricinus

Nous montrons ici que le montage CRYTUR à rayons X (basé sur le microfocus X-RayWorx, la source de rayons X, et le détecteur de rayons X CRYCAM) est très approprié pour fournir une observation rapide et non destructive des structures internes imprégnées d’osmium des tiques femelles. La figure 1A montre les muscles rétracteurs des chélicères atteignant la zone des deuxièmes paires de pattes, l’épaisseur de la cuticule, les muscles à l’intérieur des pattes et les palpes (Fig. 1A, Movie 1). Le modèle 3D obtenu à partir d’images de projection de rayons X en 2D a fourni des informations spatiales supplémentaires sur les structures superficielles du capitulum femelle (Fig. 1B) comparables à l’imagerie de prévisualisation par MEB (Fig. 1D), avec la possibilité de visualiser également certaines structures internes (par exemple les muscles, les bases des chélicères et le pharynx) sur différentes tranches virtuelles (Fig. 1B). La résolution de la tomographie à rayons X était de 8,060 µm et a été calculée sur la base d’une analyse de Fourier à partir d’une coupe virtuelle reconstruite dans la plaine latérale présente au milieu de l’objet reconstruit. Nous avons construit un graphique du spectre de puissance moyenné radialement et, sur la base du critère de Rayleigh, nous évaluons la séparation du signal de la frontière du bruit à 8,94 % de la distance entre le plancher du bruit et la valeur de crête. Comme le modèle radiologique a été reconstruit à partir des images de projection dans la plage de 0° à 180° avec un pas de 10°, la résolution est techniquement presque isotrope. Cependant, cette résolution n’était pas suffisante pour l’observation des pièces buccales nymphales (Fig. 1C,D, voir la comparaison des tailles des pièces buccales femelles et nymphales au même grossissement).

Section sérielle SEM

Le modèle 3D de l’appareil alimentaire de la nymphe d’I. ricinus qui a été reconstruit à partir de sections sérielles de résine ultraminces a révélé les relations du salivarium et du canal alimentaire avec les stylets capitulaires (chélicères, hypostome) et d’autres structures associées, principalement des muscles (Fig. 2, Movies 2 et 3)14.

Extérieurement au capitulum, la salive et le repas sanguin sont expulsés/aspirés dans une fente étroite, le canal préoral, formé entre le sillon de l’hypostome du côté ventral et les chélicères du côté dorsal (Fig. 2A). Chez Rhipicephalus (anciennement Boophilus) microplus, une fine membrane, également appelée gouttière, recouvre le sillon de l’hypostome12. De façon intéressante, cette structure était absente chez Ixodes hexagonus9, Haemaphysalis longicornus15 et I. ricinus. A l’intérieur du capitulum, la salive/sang continue dans la cavité du salivarium, et ce chemin commun se termine par une séparation d’un canal alimentaire du salivarium (Fig. 2A,B). Du côté dorsal de la tique, le canal alimentaire est situé sous le salivarium. Le salivarium n’est pas une structure fixée de façon permanente ; il est plutôt créé par le placement des chélicères au-dessus de la face dorsale de l’hypostome. Le canal alimentaire se sépare du chemin commun en s’ouvrant dans le pharynx. Son toit est d’abord formé d’une minuscule lamelle (Fig. 2B, flèche verte) qui s’élargit en une courte tige dans la profondeur du capitulum (Fig. 2C,I vert) et se poursuit en une plus grande plaque sclérifiée en forme d’aile (également appelée alae) (Fig. 2E,I, vert). Toutes ces structures forment ensemble un labrum. À la partie inférieure du labrum, il y a un processus de type dent adjacent à l’orifice du pharynx (Fig. 2C,E, flèches noires). Cette structure en forme de dent a été décrite chez I. hexagonus, I. holocyclus, et Rhipicephalus microplus9,12,16. Le processus en forme de dent semble s’insérer dans une rainure de l’orifice du pharynx, il est donc supposé être une partie importante de la valve pharyngienne. L’identification de ce processus en forme de dent comme étant le labrum est justifiée par sa similarité avec le labrum des tiques argasides, qui s’étend également du toit du pharynx dans le canal alimentaire13,16. La structure anatomique du canal alimentaire, du labrum minuscule et de la valve chez I. ricinus, est cohérente avec le processus d’alimentation lent de ces tiques, dans lequel de longues impulsions de succion alternent avec l’impulsion de sécrétion salivaire pendant leur longue période d’alimentation sanguine. Chez les tiques molles, cependant, le labrum s’étend distalement sur toute la longueur du canal alimentaire. Ceci est cohérent avec le processus d’alimentation rapide de ces tiques dans lequel le battement rapide du labrum est synchronisé avec la succion rapide et la salivation pour se nourrir en seulement 1-2 heures13. Sur la base de nos observations EM, cette partie antérieure du toit du pharynx n’était pas reliée aux muscles et forme probablement une partie stationnaire (de soutien) de la valve (Fig. 2B). Le toit du pharynx est connecté à des plaques sous-hypostomiques créant les côtés et le plancher du pharynx (Fig. 2C, flèches blanches). Ces plaques sont reliées aux grandes bandes musculaires dilatatrices fixées sur leurs côtés opposés à la cuticule ventrale. Les muscles dilatateurs antérieurs du pharynx (ADM, représentés sur les Fig. 2C,E,I comme des structures de couleur rose clair) sont situés uniquement dans la partie antérieure du pharynx et leur contraction/relaxation permet d’ouvrir/fermer la valve de l’orifice pharyngien9,12. Les SMA sont attachés à l’angle supérieur et aux côtés latéraux profonds de la partie antérieure du pharynx. La partie médiane des parois du pharynx est associée à un autre groupe de muscles dilatateurs dont la contraction élargit la lumière pharyngée sur le côté. Ces muscles dilatateurs latéraux du pharynx (LDM) sont visibles sur la figure 2G et sous forme de structures de couleur rose foncé sur les figures 2I,J. Le LDM permet un élargissement massif de la lumière pharyngée, peut-être aussi en raison de la paroi en forme de double Y dans la partie antérieure (Fig. 2G) et de la paroi en forme de triple Y dans la partie postérieure du pharynx dans une section transversale (Fig. 2H) décrite par Arthur et al.9 et Sonenshine et Anderson13. L’alternance de la contraction et de la relaxation des deux groupes de muscles dilatateurs dilate le pharynx, de façon synchronisée avec l’ouverture de la valve antérieure, créant une puissante impulsion de succion. La relaxation du MLD, après la fermeture de la valve pharyngienne, comprime le pharynx et pousse le sang ingéré vers l’arrière, dans l’œsophage et l’intestin moyen. La synchronisation temporelle entre l’ouverture/fermeture de l’orifice pharyngé, coordonnée avec l’ouverture et la fermeture de la valve pharyngée et la compression/élargissement de la lumière dans la partie moyenne du pharynx permet la succion, ainsi que le déplacement de la nourriture dans l’œsophage et empêche également la régurgitation du sang dans l’hôte9,12. La paroi interne du pharynx est sclérosée, tandis que la paroi de l’œsophage est tapissée de cellules épithéliales (Fig. 2A). L’œsophage traverse le synganglion et fusionne avec l’intestin moyen (données non présentées).

Le salivarium est une grande cavité située entre le pharynx et les chélicères (Fig. 2A-E). La partie antérieure du salivarium est partagée pour le passage du sang et de la salive, puis le pharynx est séparé du plancher du salivarium par la petite lamelle (voir ci-dessus). Le toit et les côtés latéraux du salivarium sont renforcés par la plaque chélicère sclérifiée (ChP sur les Fig. 2C, E, F et structure rouge sur la Fig. 2M) qui s’étend plus loin dans la cavité du corps de la tique. Dans la partie postérieure du salivarium, les côtés latéraux de cette plaque sont reliés à des muscles fixés à leurs extrémités opposées aux côtés latéraux de la cavité corporelle de la tique. Ces muscles latéraux du salivarium (LMS) sont visibles sur les Fig. 2E,F,K,L marqués en violet clair. La contraction des muscles aplatit la plaque, qui est étroitement liée à la paroi du salivarium, conduisant à un rétrécissement/une fermeture de l’espace intérieur du salivarium, cependant seulement dans sa partie postérieure derrière la séparation du pharynx.

En outre, le plancher de l’extrémité postérieure du salivarium est relié à un petit groupe de muscles obliques (muscles attachés au plancher du salivarium, MS sur la figure 2E,F,J,N, marqués en bleu clair) joints aux parties opposées à la partie supérieure de l’avant du pharynx. Ces muscles permettent le mouvement de haut en bas de la partie postérieure du plancher du salivarium. Ces muscles ont été décrits chez la femelle I. holocyclus16. La possibilité que le plancher du salivarium puisse s’abaisser ou s’élever a été proposée précédemment en relation avec la salivation rapide, sur la base d’un enregistrement des signaux électriques pendant l’engorgement de R. microplus et de Dermacentor andersoni12,17,18,19,20. Pendant la salivation de R. microplus, on a observé des déviations rapides (jusqu’à 30 par seconde) vers le bas de la conductivité, suivies de pics plus importants à la fin de la salivation. Une explication de ces mesures est la contraction des muscles de la partie antérieure du pharynx, accompagnée d’une pulsation similaire de la membrane au-dessus du canal alimentaire (gouttière hypostomale) qui ouvre un canal pour l’expulsion de la salive20. Nous supposons que les petits muscles obliques attachés au plancher du salivarium peuvent générer des vibrations facilitant le mouvement de la salive. Cependant, les muscles latéraux qui influencent le diamètre de l’espace intérieur du salivarium peuvent également participer à l’expulsion de la salive hors des pièces buccales (non inclus dans l’animation). Nous suggérons que le mouvement des chélicères dans la peau de l’hôte peut également contribuer à expulser la salive du salivarium dans la peau de l’hôte. Les bases des chélicères (ChB sur la Fig. 2A,B) sont situées directement au-dessus du salivarium (en vue dorsale) et nous supposons que ces structures peuvent localement comprimer le salivarium pour faciliter l’expulsion de la salive. Les extensions des chélicères, qui étaient légèrement asynchrones, ont été observées par microscopie intra-vitale à deux photons directement dans le site d’alimentation pendant toute la période d’engorgement de I. scapularis21. Nous avons remarqué que les chélicères commencent à se déplacer de manière légèrement asynchrone après l’application de pilocarpine sur la cuticule dorsale de femelles I. ricinus non nourries et partiellement nourries (films 5 et 6, respectivement). Les bases des chélicères (ChB dans la Fig. 2A,B) sont situées directement au-dessus du salivarium (de la vue dorsale) et nous pouvons spéculer que ces structures peuvent étendre ou comprimer le salivarium et aider à expulser la salive. L’application de pilocarpine, un médicament cholinergique non endogène, est bien connue pour induire la salivation indirectement via le système nerveux central de la tique22, alors que son effet sur d’autres tissus de la tique reste obscur. Par conséquent, nous ne pouvons pas exclure le mouvement des chélicères médié par la pilocarpine dans nos expériences comme un effet supplémentaire de ce médicament chez les tiques. Bockenstedt et al. ont suggéré que les chélicères repoussent les fibres de collagène qui peuvent comprimer le site d’alimentation, confirmant grandement nos hypothèses d’expulsion de la salive vers l’hôte par les chélicères21.

Juste avant la fin de la cavité du salivarium, des canaux salivaires jumelés entrent dans ses coins latéraux12. Les deux conduits salivaires sont enfermés dans une feuille de tissu (TSD sur la figure 2C,E,F,M,N, violet foncé) qui fixe probablement de manière flexible les conduits salivaires aux coins latéraux du salivarium.

Simulation de la salivation et de la succion du sang basée sur le modèle 3D

Pendant le processus d’alimentation chez les tiques ixodides, la salivation alterne avec la succion lente ou rapide du sang et peut inclure une période de repos. Les pourcentages de temps passés par chaque activité pendant l’engorgement de la femelle sont variables et basés sur l’heure de la journée, la taille des tiques, etc.18. Dans le film 4, nous avons animé à la fois le canal alimentaire et le canal pour le passage de la salive avec les structures associées et montré comment ces structures fonctionnent. Le processus d’alimentation de la plupart des tiques ixodides commence par la sécrétion de substances semblables à du ciment, qui permet à la tique de se fixer dans la peau de l’hôte et de sceller l’espace entre la lésion alimentaire et les pièces buccales insérées23,24,25. La période de salivation peut se terminer par un bref jet de salive16,17,18,19. L’expulsion de la salive est probablement facilitée par la vibration de la partie postérieure du plancher du salivarium ; le mouvement des bases des chélicères peut également jouer un rôle (film 6). Avant que la succion du sang ne commence, l’orifice de la partie postérieure du salivarium est rétréci par les muscles latéraux tendus entre le toit du salivarium et la paroi latérale du corps de la tique. Cette action est suivie par l’ouverture de la valve pharyngienne et une expansion du pharynx antérieur causée par la contraction des muscles dilatateurs antérieurs. Ensuite, la partie médiane du pharynx est étirée le long de son axe longitudinal et le sang est aspiré dans le pharynx. La valve pharyngienne antérieure se ferme avant que la paroi pharyngienne ne se contracte à nouveau et que le sang ne soit poussé vers l’arrière de l’œsophage. Cette onde péristaltique se répète jusqu’au début de la salivation. Au début de la salivation, les muscles restricteurs latéraux du salivarium se détendent, élargissant ainsi la cavité du salivarium. L’abaissement et le soulèvement répétés du toit du salivarium dans sa partie postérieure facilitent probablement l’acheminement de la salive vers le canal préoral.