Evolution d'une molécule de signalisation
Publié par Adrien le 09/04/2018 à 00:00
Source: CNRS-INSB
Des chercheurs ont découvert comment la fonction biologique d'une molécule, l'acide rétinoïque (AR), peut changer au cours de l'évolution en passant du statut de simple métabolite à celui de régulateur de fonctions physiologiques essentielles. Ces travaux sur la fonction biologique de l'AR, récemment publiés dans le journal Science Advances, ont révélé que, chez le ver (Les vers constituent un groupe très hétérogène d'animaux invertébrés qui partagent une caractéristique commune, à savoir...) annélide, l'AR agit comme une horloge métabolique qui aide les neurones à se former au bon moment et dans le bon tissu durant le développement.


Figure: Le récepteur à l'acide rétinoïque (RAR) a acquis une forte affinité pour l'acide rétinoïque (AR) dans le lignage qui a conduit aux chordés et aux vertébrés (Les vertébrés forment un sous-embranchement du règne animal. Ce taxon, qui dans sa version moderne exclut les myxines, est considéré comme monophylétique. Il appartient à...) grâce à une altération de la position de son ligand, AR, à l'intérieur de la poche de liaison du récepteur (marques rouges)
© Mette Handberg-Thorsager

L'acide rétinoïque (AR), un métabolite de la vitamine A (La vitamine A est une vitamine liposoluble.), est une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la...) de signalisation importante, connue pour son rôle dans le développement embryonnaire. Les réponses cellulaires dépendantes de l'AR sont déclenchées par la liaison de quantités infimes d'AR à des récepteurs intracellulaires, appelés RARs, dont l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) sur la transcription des gènes se trouve ainsi induite. On sait que chez l'Homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement...), l'AR et ses récepteurs agissent sur certains ensembles de gènes, comme les gènes hox, pendant le développement de l'embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est un organisme en développement depuis la première division de l’œuf ou zygote jusqu’au stade où les principaux...) et que cette voie de signalisation est particulièrement importante pour la formation du système nerveux (Le système nerveux est un système en réseau formé des organes des sens, des nerfs, de l'encéphale, de la moelle épinière, etc. Il coordonne les mouvements musculaires, contrôle le...).

En revanche, presque rien n'était connu sur le mécanisme par lequel ce simple métabolite de la vitamine (Une vitamine est une substance organique nécessaire (en dose allant du microgramme à plusieurs milligrammes par jour) au métabolisme des...) A a acquis ce rôle crucial de molécule de signalisation intercellulaire et à quel point (Graphie) de l'évolution des animaux cela est intervenu. Pour le comprendre, une collaboration internationale, comprenant des groupes de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques....) de trois continents (Allemagne, Espagne, Etats-Unis et Arabie Saoudite) ainsi que plusieurs laboratoires du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), a entrepris de caractériser le mécanisme de la signalisation de l'AR chez le ver annélide marin Platynereis dumerilii, un modèle puissant pour les études évolutives.

Dans leur étude, récemment publiée dans le journal Science Advances, les chercheurs ont montré que, chez le ver, l'AR agit comme une horloge métabolique qui aide les neurones à se former au bon moment et dans le bon tissu durant le développement. Cette fonction se fait très probablement via le RAR du ver qui lie l'AR et active la transcription de gènes impliqués dans ce processus, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) comme chez l'Homme, mais avec une affinité de liaison de l'AR à son récepteur beaucoup plus faible chez le ver. Cette différence d'affinité significative est due à un mécanisme radicalement différent de liaison de l'AR aux récepteurs des deux espèces. En effet, des analyses structurales par cristallographie aux rayons X révèlent des modes de liaison très différents pour l'AR dans les récepteurs du ver et de l'Homme, avec notamment un décalage d'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;) d'environ 90°.

Des analyses de développement ont également montré que l'AR et RAR agissent localement au niveau du système nerveux de la larve (La larve est le premier stade de développement de l'individu après l'éclosion de l'œuf ou la naissance chez un grand nombre d'espèces animales, ayant un...) du ver, où ils contrôlent la neurogénèse (ensemble du processus de formation d'un neurone (Un neurone, ou cellule nerveuse, est une cellule excitable constituant l'unité fonctionnelle de base du système nerveux. Le terme de...) fonctionnel à partir d'une cellule souche neurale) et l'excroissance neuronale (croissance contrôlée d'un neurone). Mais curieusement, et en contradiction (Une contradiction existe lorsque deux affirmations, idées, ou actions s'excluent mutuellement.) totale avec la situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus général afin de le...) chez l'Homme, la régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) des gènes hox dans le développement du système nerveux du ver est indépendante de la signalisation par l'AR.

Ces résultats suggèrent un modèle dans lequel AR et RAR fonctionnaient déjà pendant la formation du système nerveux chez le dernier ancêtre commun (En phylogénie, un ancêtre commun à plusieurs espèces est l'individu le plus proche dans le temps dont descendent toutes les espèces en question. Par exemple, l'homme et le chimpanzé ont...) du ver et de l'Homme. Par contre, un RAR avec une forte affinité pour l'AR et la régulation des gènes hox par ce dernier auraient été acquis plus tard dans l'évolution, au sein d'un lignage conduisant aux vertébrés actuels.
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