UNAlors que la brume s’attarde sur un fjord suédois bordé d’imposantes falaises boisées, un groupe de scientifiques collecte de la boue au fond des eaux turquoise. Ils recherchent des étoiles fragiles – des animaux marins dotés de bras longs et minces ressemblant à des serpents – pour jeter un coup d’œil sur les gènes qui leur confèrent des caractéristiques distinctes, notamment le pouvoir de régénération.
Les étoiles fragiles appartiennent au phylum des échinodermes, qui comprend les étoiles de mer, les oursins, les concombres de mer et les nénuphars. Alors que le génomes de ceux-ci autre échinoderme cours ont été caractérisés, Ferdinand Marletazun biologiste évolutionniste de l’University College de Londres, a noté : « Étonnamment, il n’y avait pas de génome disponible (pour les étoiles fragiles). »1-4
Pour étudier cette créature intrigante, l’équipe de Marlétaz a collecté des centaines d’étoiles fragiles dans un fjord en Suède et est retournée au laboratoire pour séquencer le génome de l’étoile. animal marin, qui appartient à l’espèce Amphiura filiforme.5 Les résultats, publiés dans Écologie et évolution de la naturemettent en lumière l’évolution des animaux de la famille des Amphiuridae et donnent un aperçu des gènes impliqués dans la régénération des membres.
« C’est une ressource énorme », a déclaré Mansi Srivastavaun biologiste du développement évolutionniste à l’Université Harvard qui n’a pas participé à l’étude. « Cela va faire avancer les questions que se posent de nombreuses personnes travaillant dans le domaine de la biologie évolutionniste du développement. »
L’équipe de Marlétaz a extrait et séquencé l’ADN collecté des étoiles fragiles et assemblé le génome. Pour cartographier l’évolution des étoiles fragiles depuis qu’elles ont divergé des autres échinodermes il y a environ 500 millions d’années, l’équipe a comparé les A. filiforme génome avec ceux des oursins, des étoiles de mer et des concombres de mer. Ils ont observé que le génome de l’étoile fragile avait subi des changements génétiques plus importants, tels que le remaniement des gènes entre les chromosomes, par rapport aux autres échinodermes. Parmi les gènes réarrangés figuraient ceux du groupe Hox, qui façonnent le plan corporel de l’animal. Ces gènes sont présents dans même commande sur le même chromosome chez des animaux évolutifs éloignés.6 Alors que les gènes du groupe Hox d’autres classes d’échinodermes présentaient cet ordre attendu, ceux du génome de l’étoile fragile ont brisé ce schéma.
« (C’était) frappant, car nous savons que le cluster Hox est très conservateur en termes d’ordre des gènes », a déclaré Élise Pareybiologiste évolutionniste à l’University College de Londres et co-auteur de l’étude.
Srivastava a noté que l’étude de ce réarrangement peut fournir des informations importantes sur le rôle de ce groupe de gènes chez les échinodermes. « Les gènes Hox semblent avoir beaucoup de contraintes tout au long de l’évolution », a déclaré Srivastava. « Voici maintenant un animal qui a joué avec cette contrainte. Ainsi, étudier quelque chose qui s’écarte des règles peut en fait vous en dire plus sur les règles », a-t-elle expliqué.
Avec le génome de l’étoile fragile en main, Marlétaz et son équipe ont étudié une autre caractéristique importante de l’animal : sa capacité à se régénérer. Comme beaucoup d’autres échinodermes, les ophiures peuvent régénérer leurs membres suite à une amputation.7 « L’étoile fragile peut régénérer le bras en seulement un mois, ce qui est très, très rapide », a déclaré Parey. En comparaison, les étoiles de mer mettent jusqu’à quelques mois pour repousser un bras perdu, ce qui fait des étoiles fragiles un modèle important pour étudier les gènes impliqués dans la régénération.
Marlétaz et son équipe ont cherché à identifier les gènes à l’origine de ces pouvoirs régénérateurs. Ils ont coupé les bras de près de 3 500 animaux et évalué l’expression des gènes à mesure que les bras repoussent. Au fur et à mesure que la régénération progressait, différents gènes sont apparus comme médiateurs importants. Les gènes impliqués dans la réponse à la plaie, y compris les fonctions liées à l’immunité et à la migration cellulaire, sont activés au cours des premières phases de la régénération, tandis que les étapes ultérieures sont marquées par une activité accrue des gènes associés à la différenciation des tissus et à la formation des membres.
La cartographie de l’ascendance de ces gènes a révélé que la régénération du bras impliquait en grande partie l’expression de gènes anciens, indiquant des racines génétiques partagées entre d’autres animaux en régénération. Pour déterminer si des gènes similaires étaient impliqués dans la régénération des membres d’autres animaux, l’équipe a examiné les gènes exprimés lors de la régénération d’espèces éloignées. Ils ont comparé leurs profils génétiques d’étoile fragile avec des données précédemment publiées sur deux autres animaux régénératifs : les axolotls (Ambystoma mexicain) et les crustacés marins (Parhyale hawaiensis). Ils ont observé que les trois animaux exprimaient des gènes similaires lors de la régénération des membres, validant ainsi une origine ancestrale commune pour la régénération.
« Notre article est probablement l’un des rares à tenter de comparer les gènes impliqués dans le processus de régénération entre les lignées », a déclaré Marlétaz.
« Il s’agit d’un article qui nous appelle à étudier davantage d’espèces de manière comparative », a convenu Srivastava. Toutefois, selon elle, l’identification des gènes des étoiles fragiles constitue une première étape. « Pour réellement demander ce qu’ils font, il faut faire un travail fonctionnel sur le banc. »
Paray était d’accord. « Les (prochaines étapes) seraient des expériences de validation biologique pour disséquer le rôle d’un gène donné. »
