Des scientifiques explorent l’évolution des neurones

Aujourd’hui, des scientifiques japonais ont révélé le type de messagers – des molécules qui transportent des signaux d’une cellule à une autre – qui fonctionnaient probablement dans le système nerveux le plus ancestral.

L’étude, publiée le 8 août dans Écologie et évolution de la nature, a également révélé des similitudes clés entre le système nerveux de deux lignées animales précoces divergentes – la lignée des méduses et des anémones (également appelées cnidaires) et celle des gelées en peigne (cténophores), ravivant une hypothèse antérieure selon laquelle les neurones n’ont évolué qu’une seule fois.

Malgré leur supposée simplicité, on sait très peu de choses sur le système nerveux des animaux anciens. Sur les quatre lignées animales qui se sont ramifiées avant l’apparition d’animaux plus complexes, seuls les gelées en peigne (la première lignée ancienne à diverger) et les cnidaires (la dernière lignée ancienne à diverger) sont connus pour posséder des neurones. Mais le caractère unique du système nerveux des gelées en peigne par rapport à celui observé chez les cnidaires et les animaux plus complexes, et l’absence de neurones dans les deux lignées qui ont divergé entre les deux, ont conduit certains scientifiques à émettre l’hypothèse que les neurones ont évolué deux fois.

Mais le professeur Watanabe, qui dirige l’unité de neurobiologie évolutive de l’Institut des sciences et technologies d’Okinawa (OIST), n’est pas convaincu.

“En effet, les gelées en peigne manquent de beaucoup de protéines neurales que nous voyons dans les lignées animales plus évoluées”, a-t-il déclaré. “Mais pour moi, un manque de ces protéines n’est pas une preuve suffisante de deux origines neuronales indépendantes.”

Dans son étude, le professeur Watanabe s’est concentré sur un groupe ancien et diversifié de messagers neuronaux. Appelées neuropeptides, ces courtes chaînes peptidiques sont d’abord synthétisées dans les neurones sous la forme d’une longue chaîne peptidique, avant d’être clivées par les enzymes digestives en de nombreux peptides courts. Ils sont la principale forme de messager trouvé chez les cnidaires et jouent également un rôle dans la communication neuronale chez l’homme et d’autres animaux complexes.

Cependant, les recherches antérieures qui ont tenté de trouver des neuropeptides similaires dans les gelées en peigne ont échoué. Le principal problème, a expliqué le professeur Watanabe, est que les courts peptides matures ne sont codés que par de courtes séquences d’ADN et mutent fréquemment dans ces anciennes lignées, ce qui rend les comparaisons d’ADN trop difficiles. Alors que l’intelligence artificielle a identifié des peptides potentiels, ceux-ci n’ont pas encore été validés expérimentalement.

Ainsi, l’équipe de recherche du professeur Watanabe a abordé le problème sous un nouvel angle. Ils ont extrait des peptides d’éponges, de cnidaires et de gelées en peigne et ont utilisé la spectrométrie de masse pour rechercher des peptides courts. L’équipe a pu trouver 28 peptides courts dans les cnidaires et les gelées de peigne et déterminer leurs séquences d’acides aminés.

Connaissant maintenant leurs structures, les chercheurs ont visualisé les peptides courts au microscope à fluorescence, leur permettant de voir dans quelles cellules ils étaient produits à la fois dans les cnidaires et les gelées en peigne.

Dans les gelées en peigne, ils ont découvert qu’un type de cellule exprimant des neuropeptides ressemblait aux neurones classiques, avec de fines projections appelées neurites s’étendant hors de la cellule.

Mais les peptides courts ont également été produits dans un deuxième type de cellule dépourvu de neurites. Les chercheurs soupçonnent qu’il pourrait s’agir d’une version précoce des cellules neuroendocrines – des cellules qui reçoivent des signaux des neurones et libèrent ensuite des signaux, comme des hormones, vers d’autres organes du corps.

Les chercheurs ont également comparé les gènes exprimés dans les neurones des cnidaires et des peignes. Ils ont découvert qu’en plus d’avoir des neuropeptides courts en commun, les deux neurones exprimaient également un éventail similaire d’autres protéines essentielles à la fonction neuronale.

“Nous savons déjà que les neurones exprimant des peptides cnidaires sont homologues à ceux observés chez des animaux plus complexes. Maintenant, les neurones en gelée en peigne se sont également avérés avoir une “signature génétique” similaire, suggérant que ces neurones partagent la même origine évolutive”, a déclaré Professeur Watanabe. “En d’autres termes, il est fort probable que les neurones n’aient évolué qu’une seule fois.”

Cela signifie, a ajouté le professeur Watanabe, que les neurones exprimant des peptides sont probablement la forme la plus ancestrale, les neurotransmetteurs chimiques apparaissant plus tard. Pour le professeur Watanabe, ces découvertes amènent de nouvelles questions passionnantes au premier plan de ses recherches.

“Si cela est vrai, je suis très intéressé de savoir – d’où viennent les neurones exprimant le peptide ? Et pourquoi l’animal ancestral avait-il besoin de faire évoluer les neurones ? Maintenant que nous avons une idée plus claire de ce à quoi ressemblaient les premiers neurones , la recherche de leur fonction originelle peut commencer.”