De nouvelles connaissances brossent un tableau saisissant de la façon dont certains des premiers animaux sur terre sont passés de l’œuf à l’embryon puis à l’adulte
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Manquant d’os, de cerveaux et même d’intestins complets, les plans corporels d’animaux simples comme les anémones de mer semblent avoir peu de choses en commun avec les humains et leurs parents vertébrés. Néanmoins, une nouvelle recherche du chercheur Matt Gibson, Ph.D., au Stowers Institute for Medical Research montre que les apparences peuvent être trompeuses et qu’une boîte à outils génétique commune peut être déployée de différentes manières pour conduire le développement embryologique à produire des corps adultes très différents. des plans.
Il est bien établi que les anémones de mer, les coraux et leurs parents méduses partageaient un ancêtre commun avec les humains qui sillonnaient les anciens océans de la Terre il y a plus de 600 millions d’années. Une nouvelle étude du Gibson Lab, publiée dans Biologie actuelle le 13 juin 2023, éclaire la base génétique du développement du plan corporel chez l’anémone de mer starlette, Nematostella vectensis. Ces nouvelles connaissances brossent un tableau saisissant de la façon dont certains des premiers animaux sur terre sont passés de l’œuf à l’embryon puis à l’adulte.
“L’étude de la génétique du développement de Nématostelle est un peu comme emmener une machine à voyager dans le temps dans un passé très lointain », a déclaré Gibson. « Notre travail nous permet de nous demander à quoi ressemblait la vie il y a longtemps – des centaines de millions d’années avant les dinosaures. Comment les animaux anciens se sont-ils développés de l’œuf à l’adulte, et dans quelle mesure les mécanismes génétiques qui guident le développement embryonnaire ont-ils perduré à travers les millénaires ?”
La plupart des animaux contemporains, des insectes aux vertébrés, se développent en formant une série tête-bêche de segments qui assument des identités distinctes en fonction de leur position. Dans un segment donné, il existe un autre axe de polarité qui informe les cellules si elles sont à l’avant ou à l’arrière du segment. Collectivement, on parle de polarisation de segment.
Shuonan He, Ph.D., un ancien chercheur prédoctoral du Gibson Lab, a découvert des gènes impliqués lors du développement de l’anémone de mer, Nematostella vectensisqui guident la formation de segments et d’autres qui dirigent des programmes de polarité de segment étonnamment similaires aux organismes plus haut dans l’arbre évolutif de la vie, y compris les humains.
“L’importance est que les instructions génétiques sous-jacentes à la construction de plans corporels d’animaux extrêmement différents, par exemple, une anémone de mer et un humain, sont incroyablement similaires”, a déclaré Gibson. “La logique génétique est en grande partie la même.”
Cette nouvelle étude s’appuie sur une étude de 2018 publiée dans Science du Gibson Lab qui a montré que les anémones de mer ont une symétrie bilatérale interne au début du développement avec huit segments radiaux. L’étude a démontré que Hox Les gènes – maîtres des gènes de développement qui sont cruciaux pour le développement humain – agissent pour délimiter les frontières entre les segments et ont probablement joué un rôle ancien dans la construction des segments.
La dernière découverte de l’équipe explore comment les segments se forment et ce qui explique les différences dans leurs identités. En utilisant la transcriptomique spatiale, ou les différences d’expression des gènes entre les segments, l’équipe a découvert des centaines de nouveaux gènes spécifiques aux segments. Ceux-ci comprennent deux gènes cruciaux qui codent pour les facteurs de transcription qui régissent la polarisation des segments sous le contrôle de Hox gènes et sont nécessaires au bon placement des muscles de l’anémone de mer.
L’étonnante diversité des organismes sur Terre peut être comparée à l’assemblage des Legos. “Que vous construisiez un dinosaure, une anémone de mer ou un humain, de nombreux éléments constitutifs génétiques de base sont en grande partie les mêmes malgré des formes animales radicalement différentes”, a déclaré Gibson.
C’est la première fois que les scientifiques ont la preuve d’une base moléculaire pour la polarisation des segments chez un animal pré-bilatérien. Bien que largement étudiée chez des espèces bilatérales comme les mouches des fruits et les humains, l’idée que les animaux cnidaires possèdent une segmentation était inattendue. Maintenant, l’équipe a la preuve que ces segments sont également polarisés.
“Cela fournit une preuve supplémentaire que l’étude d’une grande diversité d’animaux peut avoir des implications directes pour la compréhension des principes généraux, y compris ceux qui s’appliquent à la biologie humaine”, a déclaré Gibson. “En allant un peu plus loin, en comprenant la logique du développement des anémones de mer et en la comparant à ce que nous voyons chez les vertébrés, nous pouvons également extrapoler dans le temps pour comprendre comment les animaux se sont probablement développés il y a des centaines de millions d’années.”
Parmi les autres auteurs figurent Wanqing Shao, Ph.D., Shiyuan Chen, Ph.D. et Ting Wang, Ph.D.
Ce travail a été financé par les National Institutes of Health (NIH) (prix : RO1HG007175, prix : U24ES026699, prix : U01CA200060, prix : U01HG009391, prix : U41HG010972) et le soutien institutionnel du Stowers Institute for Medical Research. Le contenu relève de la seule responsabilité des auteurs et ne représente pas nécessairement les opinions officielles du NIH.
