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Posté par Adrien le Mardi 25/04/2017 à 00:00
Pour se reproduire, il faut bien manger !
Tous les vertébrés utilisent des molécules semblables, les stéroïdes, comme hormones sexuelles femelles (oestrogènes, progestérone) ou mâles (androgènes). Mais d'où viennent ces hormones ? Comment se sont-elles mises en place au cours de l'évolution ? En étudiant l'évolution du couple hormone (Une hormone est un messager chimique véhiculé par le système circulatoire qui agit à distance de son site de production par fixation sur des récepteurs spécifiques.) et récepteurs des stéroïdes, l'équipe de Vincent Laudet à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) de génomique fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent...) de Lyon (ENS de Lyon/CNRS/Université Claude Bernard (Claude Bernard, né le 12 juillet 1813 à Saint-Julien (Rhône) et mort le 10 février 1878 à Paris, est un médecin et...) Lyon 1), associée à l'équipe de Guillaume (Guillaume est un prénom masculin d'origine germanique. Le nom vient de Wille, volonté et Helm, heaume, casque, protection.) Lecointre à l'Institut de systématique, évolution, biodiversité (MNHN/CNRS/UPMC/EPHE), et à d'autres équipes françaises (1), révèle un couplage profond entre nutrition (La nutrition (du latin nutrire : nourrir) désigne les processus par lesquels un être vivant transforme des aliments pour assurer son fonctionnement. La nutrition est également...) et reproduction. En effet en ressuscitant le couple hormone/récepteur de l'ancêtre des premiers vertébrés, les chercheurs démontrent que les hormones stéroïdes sont en fait des produits de dégradation du cholestérol. Cela renforce de nombreuses observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré...) montrant que la reproduction (La Reproduction. Eléments pour une théorie du système d'enseignement est un ouvrage de sociologie co-écrit par Pierre Bourdieu et Jean-Claude Passeron paru en 1970 aux éditions de Minuit.) ne peut se produire que si une nutrition suffisante est assurée.


Figure: Le couple ancestral hormone-récepteur ressuscité. En bleu, structure du récepteur ancestral aux stéroïdes basée sur le modèle par homologie du récepteur ERa. En vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé cône M, dont la...), le paraestrol A, un stéroïde possédant des caractères présents séparément chez le cholestérol et chez les oestrogènes, est capable de se fixer dans la poche du récepteur et de l'activer.
© Isabelle Billas

Une hormone est une molécule produite par une glande précise et qui agit sur des tissus cibles contenant un récepteur précis. Ainsi, le 17B-oestradiol (un oestrogène), l'hormone qui détermine les caractères sexuels secondaires de la femme, est fabriqué par les ovaires et est actif sur les très nombreux tissus qui expriment les récepteurs des oestrogènes. La spécificité du couple hormone/récepteur assure que chaque hormone exerce une action propre. Pourtant, nous savons très peu de choses sur l'origine et l'évolution de cette spécificité. Dans le cas des hormones stéroïdes, qui ne sont pas des protéines codées par des gènes (comme l'insuline) mais des petites molécules issues d'une voie métabolique complexe, la stéroïdogenèse, le mystère est complet ! Les récepteurs des cinq hormones stéroïdes de l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction,...) et des mammifères (voir Annexe) sont issus d'un ancêtre commun unique et on peut donc se demander comment ces récepteurs ont acquis leur spécificité vis-à-vis de leur hormone.

Un couplage ancestral nutrition/reproduction

En retraçant l'histoire évolutive des hormones stéroïdes, les chercheurs illustrent le couplage très profond qui existe entre reproduction et nutrition. En effet ce travail révèle que nos hormones sexuelles sont des produits de dégradation du cholestérol, une molécule qui est directement issue de notre alimentation. Ce couplage est somme toute logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος), terme inventé par Xénocrate signifiant à la fois raison, langage, et raisonnement) est dans une première approche l'étude...): en effet, au cours de l'évolution passée, seuls ceux qui ont été bien nourris ont pu se lancer avec succès dans la reproduction, une activité très coûteuse en énergie. On sait que chez de nombreuses espèces, y compris chez l'Homme, la reproduction s'arrête en cas de famine. Le travail de l'équipe de Vincent Laudet montre que ce couplage nutrition/reproduction a des bases anciennes qui remontent à 500 millions d'années, et que nos hormones assurent en permanence une coordination entre l'état physiologique et l'entrée en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de reproduction.

Les hormones stéroïdes sont spécifiques des vertébrés

Ce travail montre en outre qu'il est possible de mener de véritables études d'évolution expérimentale en reconstruisant des molécules du passé pour montrer la façon dont elles fonctionnaient en interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.). Pour cela, l'équipe de Vincent Laudet a retracé l'histoire de la stéroïdogenèse en utilisant une approche mise au point (Graphie) par Chomin Cunchillos et Guillaume Lecointre en 2002. L'originalité de cette approche est d'utiliser les méthodes d'anatomie (L'anatomie (provenant du nom grec ἀνατομία anatomia, provenant du verbe ἀνατέμνειν anatemnein, se traduisant par couper,...) comparée pour étudier l'évolution au niveau biochimique. Le principe est simple: de même que l'anatomie des animaux, les voies métaboliques sont le produit de l'évolution et se modifient peu à peu au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.). On peut donc retracer l'histoire de ces changements en utilisant les méthodes comparatives de construction d'arbres évolutifs et c'est ce qu'ont réalisé Gabriel Markov et Guillaume Lecointre.

En menant une telle étude sur l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être...) des stéroïdes, les chercheurs ont obtenu un arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en général au delà de sept mètres. Les arbres acquièrent une structure rigide composée d'un tronc qui peut...) montrant que les cinq hormones stéroïdes actuelles partagent un ancêtre commun unique à la base des vertébrés. Elles n'existent donc pas en dehors des vertébrés, contrairement à ce que l'on pensait jusqu'à présent.

Le couple hormone/récepteur ancestral des vertébrés ressuscité

Les chercheurs sont alors allés beaucoup plus loin. En effet, sur un tel arbre, il est possible de prédire les molécules qui étaient présentes à chaque étape de l'évolution. Ainsi, ils ont déterminé la structure du stéroïde ancestral des vertébrés et l'équipe de chimistes de Jens Hasserodt a alors pu fabriquer la molécule en question, baptisée « paraestrol A ». Les chercheurs ont également produit le récepteur ancestral unique des stéroïdes de vertébrés. Il était alors tentant de vérifier si ligand ancestral et récepteur ancestral pouvaient effectivement interagir.... L'équipe a montré que c'était bien le cas, ressuscitant ainsi pour la première fois un couple hormone/récepteur ancestral. En modélisant l'interaction de cette hormone ancestrale dans la poche de fixation du récepteur ancestral, Isabelle Billas et Dino Moras à Strasbourg ont pu ainsi expliquer comment la spécificité du récepteur vis-à-vis de son ligand s'est renforcée au cours de l'évolution. Toutes ces équipes, ensemble, ont ainsi montré que les arbres phylogénétiques ne dessinent pas seulement des portraits d'ancêtres, mais qu'elles permettent aussi de les « ressusciter », ainsi que leurs fonctions !

Les hormones stéroïdes sont des produits "domestiqués" de la dégradation du cholestérol

Il est important pour les organismes de dégrader le cholestérol en excès et de récupérer le plus d'énergie possible de cette dégradation. Un tel arbre évolutif permettant de dater et d'ordonner les évènements, les chercheurs se sont alors aperçu que, au cours de l'évolution, les animaux ont recruté ces produits de dégradation du cholestérol en les utilisant dans leur signalisation hormonale. En bref, le recyclage (Le recyclage est un procédé de traitement des déchets industriels et des déchets ménagers qui permet de réintroduire, dans le cycle de production d'un produit, des...) en hormones des résidus du cholestérol représente une sorte de "domestication" moléculaire. Ainsi, le fait que nos hormones sexuelles soient d'abord des produits de dégradation du cholestérol révèle un lien très clair entre la nutrition et la reproduction. Pour se reproduire, il faut d'abord manger !

Note:
(1) Celles de Jens Hasserodt au laboratoire de Chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs...) de l'ENS de Lyon/CNRS et de Isabelle Billas et Dino Moras au Centre de Biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des êtres...) Intégrative de l'IGBMC (INSERM/CNRS/Université de Strasbourg à Illkirch.


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Source: CNRS-INSB