A l'origine de l'asymétrie, une protéine qui donne le tournis
Publié par Adrien le 23/11/2018 à 08:00
Source: CNRS
L'asymétrie joue un rôle majeur en biologie, à toutes les échelles: enroulement en spirale de l'ADN, coeur positionné à gauche, préférence pour la main gauche ou la droite... Une équipe de l'Institut de biologie Valrose (CNRS/Inserm/Université Côte d'Azur), en collaboration avec des collègues de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) de Pennsylvanie, a montré qu'une unique protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques....) induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en force (moteur).) le mouvement en spirale (En mathématiques, une spirale est une courbe qui commence en un point central puis s'en éloigne de plus en plus, en même temps qu'elle tourne autour.) d'une autre 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 plus petite...) puis, par effet domino, la torsion (La torsion est la déformation subie par un corps soumis à l'action de deux couples opposés agissant dans des plans parallèles.) des cellules, des organes et du corps entier, jusqu'à déclencher un comportement latéralisé. Ces travaux sont publiés dans la revue Science le 23 novembre 2018.


Le moteur moléculaire myosine 1D crée de l'asymétrie (L'asymétrie est l’absence de symétrie, ou son inverse. Dans la nature, les crabes violonistes en sont des exemples spectaculaires.) à tous les niveaux, du mouvement des molécules d'actine (filaments rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) et vert) jusqu'à l'échelle de l'organisme (ici une 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...) de drosophile), en passant par les trachées respiratoires (structures tubulaires blanches).
© Gaëlle Lebreton (photo) - Stéphane Noselli (montage) / iBV / 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).)

Notre monde (Le mot monde peut désigner :) est fondamentalement asymétrique: enroulement (Un enroulement en électrotechnique est un conducteur électrique isolé bobiné (enroulé autour d'un support). Cet enroulement peut n'être constitué que d'une seule...) de la double hélice (Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme d'hélice est dit hélicoïdal.) d'ADN, division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre" est la...) asymétrique des cellules souches, localisation du coeur humain à gauche... Mais comment émergent ces asymétries et sont-elles liées les unes aux autres ?

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...) 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...) Valrose l'équipe du chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés et impliquent...) CNRS Stéphane Noselli comprenant aussi des chercheurs de l'Inserm et de l'Université Cote d'Azur étudie depuis plusieurs années l'asymétrie droite-gauche afin de résoudre ces énigmes. Ces biologistes avaient identifié le premier gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la synthèse d'une chaîne de polypeptide ou d'un acide ribonucléique (ARN) fonctionnel. On peut également définir un...) contrôlant cette asymétrie chez la mouche (Mouche est un nom vernaculaire ambigu en français. Le terme mouche (/muʃ/) provient du mot italien musca, qui désigne de nos jours principalement un...) du vinaigre (Le vinaigre est un liquide acide (pH généralement compris entre 2 et 3), obtenu grâce à l'oxydation de l'éthanol dans le vin, le cidre, la bière et autres boissons fermentées. Le vinaigre...) (drosophile), l'un des organismes modèles préférés des biologistes. Plus récemment, l'équipe a montré que ce gène joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à mastiquer.) le même rôle chez les vertébrés (Les vertébrés forment un sous-embranchement du règne animal. Ce taxon, qui dans sa version moderne exclut les myxines, est considéré...): la protéine qu'il produit, la myosine 1D (1), contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) l'enroulement ou la rotation des organes dans le même sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du...).

Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont induit la production de myosine 1D dans des organes normalement symétriques de la drosophile, comme les trachées respiratoires. De façon spectaculaire, cela a suffi à induire une asymétrie à tous les niveaux: cellules déformées, trachées s'enroulant sur elles-mêmes, organisme entier torsadé, et comportement de nage hélicoïdale des larves de mouches. Chose remarquable, ces nouvelles asymétries se développent toujours dans le même sens.

Afin d'identifier l'origine de ces effets en cascade, des biochimistes de l'université de Pennsylvanie ont apporté leur concours: ils ont mis en présence, sur une lame de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium...), la myosine 1D et un composant du "squelette (Le squelette est une charpente animale rigide servant de support pour les muscles. Il est à la base de l'evolution des vertébrés. Celui ci leur a fourni un avantage sélectif conséquent...)" des cellules, l'actine. Ils ont alors pu constater que l'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.) des deux protéines entraîne un mouvement en spirale de l'actine.

Outre son rôle dans l'asymétrie droite-gauche chez la drosophile et les vertébrés, la myosine 1D apparaît donc comme une protéine unique capable à elle seule d'induire l'asymétrie à toutes les échelles, d'abord au niveau moléculaire, puis, par effet domino, cellulaire, tissulaire et comportemental. Ces résultats suggèrent un mécanisme possible d'apparition soudaine de nouveaux caractères morphologiques au cours de l'évolution, comme par exemple la torsion du corps des escargots. La myosine 1D aurait toutes les caractéristiques requises pour l'émergence de cette innovation, puisque son expression suffit à elle seule à induire la torsion à toutes les échelles.

Notes:

(1) Les myosines sont une classe de protéines qui interagissent avec l'actine (constituant du squelette des cellules ou cytosquelette). La plus connue d'entre elles, la myosine musculaire, est responsable de la contraction musculaire.
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