Un même gène a permis "d'inventer" l'hémoglobine plusieurs fois

Publié par Adrien le 02/01/2021 à 09:00
Source: CNRS INSB
Grâce au ver marin Platynereis dumerilii, un animal dont les gènes ont évolué très lentement, des scientifiques du CNRS, d'Université de Paris et de Sorbonne Université, associés à l'Université de St Pétersbourg et l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Rio de Janeiro (Rio de Janeiro est une mégapole située dans le sud-est du Brésil. C'est également la capitale...), viennent de démontrer que si l'hémoglobine est apparue indépendamment chez plusieurs espèces, elle descend en fait d'un même gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la...) transmis par leur dernier ancêtre commun (En phylogénie, un ancêtre commun à plusieurs espèces est l'individu le plus...). Ces conclusions sont publiées le 29 décembre 2020 dans BMC Evolutionary Biology.


Système circulatoire dans trois segments du ver Platynereis dumerilii
© Song et al. / BMC Evolutionary Biology

Avoir le sang (Le sang est un tissu conjonctif liquide formé de populations cellulaires libres, dont le...) rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...) n'est pas le propre de l'humain ou des mammifères. Cette couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes...) vient de l'hémoglobine, une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs...) complexe spécialisée dans le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) de l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) que l'on retrouve dans le système circulatoire d'autres vertébrés (Les vertébrés forment un sous-embranchement du règne animal. Ce taxon, qui dans sa...), mais aussi chez des annélides (une famille de vers dont les plus connus sont les vers de terre), des mollusques (des escargots d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) douce notamment) et des crustacés (Les crustacés (Crustacea) sont des arthropodes, c'est-à-dire des animaux dont le corps...) (comme les daphnies ou "puces d'eau").

Pour que l'hémoglobine soit apparue chez des espèces aussi différentes, il a donc fallu qu'elle soit "inventée" plusieurs fois au cours de l'évolution. De récents travaux viennent de démontrer que toutes ces hémoglobines apparues indépendamment dérivent en réalité d'un même gène ancestral.

Menées par des chercheurs et chercheuses de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) Jacques Monod (Jacques Monod, né à Paris le 9 février 1910 et mort à Cannes le...) (CNRS/Université de Paris), du Laboratoire matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) et systèmes complexes (CNRS/Université de Paris), de la Station biologique de Roscoff (Roscoff est une commune du département du Finistère, en région Bretagne, en France....) (CNRS/Sorbonne Université), des Universités de St Pétersbourg (Russie) et de Rio de Janeiro (Brésil), ces recherches ont été menées sur Platynereis dumerilii, un petit ver marin au sang rouge.

Il est considéré comme un animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un...) à évolution lente (La Lente est une rivière de la Toscane.), car ses caractéristiques génétiques sont proches de celles de l'ancêtre marin de la plupart des animaux,Urbilateria. L'étudier en le comparant aux autres espèces à sang rouge a donc permis de remonter aux origines des hémoglobines.

Pour cela, les recherches se sont concentrées sur la vaste famille à laquelle les hémoglobines appartiennent: les globines, des protéines présentes chez presque tous les êtres vivants capables de "stocker" des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) comme l'oxygène ou le monoxyde d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...). Mais elles agissent généralement à l'intérieur des cellules car elles ne circulent pas dans le sang comme l'hémoglobine.

Ces travaux démontrent que chez toutes les espèces à sang rouge, c'est un même gène permettant de fabriquer une globine appelée "cytoglobine" qui avait indépendamment évolué pour devenir un gène codant pour l'hémoglobine. Cette nouvelle molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) circulante a alors permis un transport plus efficace de l'oxygène chez leurs ancêtres qui devenaient plus grands en taille et surtout plus actifs.

Les scientifiques souhaitent maintenant changer d'échelle et poursuivre ces travaux en étudiant quand et comment ont émergé les différentes cellules spécialisées des systèmes circulatoires des bilatériens.

Bibliographie
Globins in the marine annelid Platynereis dumerilii shed new light on hemoglobin evolution in bilaterians.
Solène Song, Viktor Starunov, Xavier Bailly, Christine Ruta, Pierre Kerner, Annemiek J. M. Cornelissen et Guillaume (Guillaume est un prénom masculin d'origine germanique. Le nom vient de Wille, volonté et Helm,...) Balavoine.
BMC Evolutionary Biology, le 29 décembre 2020 - https://doi.org/10.1186/s12862-020-01714-4.
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