Les résultats suggèrent le rôle des microARN dans le développement avancé du cerveau, y compris chez l’homme

Une équipe internationale dirigée par des chercheurs du Dartmouth College et du Max Delbrück Center (MDC) en Allemagne rapporte dans la revue Avancées scientifiquesque les pieuvres sont les premiers invertébrés connus – des créatures dépourvues de colonne vertébrale et constituant environ 95% des espèces animales – à contenir un nombre élevé de molécules régulatrices de gènes appelées microARN. Les gènes de deux espèces de poulpe montrent une augmentation des microARN – qui sont liés au développement de cellules avancées avec des fonctions spécifiques – au cours de l’évolution, ce qui n’a jusqu’à présent été observé que chez l’homme, les mammifères et d’autres vertébrés.

Lorsqu’ils sont combinés avec l’intelligence connue des pieuvres, les résultats fournissent un soutien crucial à la théorie selon laquelle les microARN sont la clé de l’évolution de la vie intelligente, a déclaré l’auteur co-correspondant Kevin Peterson, professeur de sciences biologiques à Dartmouth. Les systèmes nerveux des pieuvres et des calmars – qui appartiennent tous deux à un type de mollusque connu sous le nom de céphalopodes – ont évolué indépendamment des vertébrés. Pourtant, la prévalence des microARN chez les poulpes et les vertébrés suggère un rôle commun pour les molécules dans la cognition avancée.

“Les microARN sont connus comme la” matière noire “du génome animal – ils ne fabriquent pas de protéines, mais ils régulent l’expression des protéines”, a déclaré Peterson, faisant référence à la forme hypothétique de matière censée constituer la majeure partie de l’univers.

“C’est le seul cas chez tous les invertébrés d’augmentation spectaculaire des microARN et ces gènes sont tous exprimés dans le cerveau”, a-t-il déclaré. “Cela a toujours été un grand test pour l’hypothèse selon laquelle ce n’est pas spécifique aux vertébrés. Ce fut un grand moment – nous avons découvert le secret de la vie complexe, et le secret de la vie complexe, ce sont les microARN.”

Les microARN ont été signalés pour la première fois en 1993 par Victor Ambros, professeur à Dartmouth de 1992 à 2007, qui est maintenant professeur à la faculté de médecine de l’Université du Massachusetts. Depuis près de 15 ans, Peterson et son groupe de recherche ont séquencé les gènes de diverses espèces animales afin de lier les microARN au développement complexe des tissus et à l’évolution du cerveau.

Pour le dernier article, le groupe de Peterson a travaillé avec le laboratoire de l’auteur co-correspondant Nikolaus Rajewsky, professeur de biologie des systèmes au MDC, qui disposait d’une mine de données d’ARN sur les espèces de poulpes, en particulier la pieuvre commune (Octopus vulgaris). Peterson et le co-auteur Peter Chabot, de la classe 2022 de Dartmouth, ont travaillé sur des données brutes de microARN séquencés à partir d’espèces de poulpe et ont identifié des séquences spécifiques qui étaient nouvelles ou déjà trouvées chez ces animaux. Leur travail a fourni un ensemble de données organisé et annoté qui était essentiel aux conclusions de l’article, a déclaré Chabot.

Les recherches de Peterson ont montré que des créatures telles que les mammifères placentaires dont les gènes ont augmenté en nombre et en complexité au cours de l’évolution présentent également des concentrations croissantes de microARN. D’autre part, des organismes tels que les parasites ont perdu des gènes ancestraux – et des microARN – car ils sont devenus moins complexes.

“Afin d’avoir de nouvelles capacités cognitives et de nouveaux comportements, il faut de nouveaux types de cellules”, a déclaré Peterson. “Les deux endroits où vous obtenez cela – chez les mammifères placentaires et les céphalopodes – sont également ceux où nous voyons ces gènes exprimés par des microARN. Les animaux qui ne semblent pas avoir beaucoup changé au cours des 500 derniers millions d’années n’ont pas beaucoup microARN.

“Chaque fois que nous avons testé cette hypothèse, nous l’avons trouvée très viable, et nous n’avons pas encore été en mesure de la réfuter. C’est ce qui a rendu cet article particulièrement excitant”, a-t-il déclaré.

Les pieuvres possèdent une intelligence peu commune. En 2016, une pieuvre nommée Inky a fait la une des journaux internationaux après s’être échappée de l’Aquarium national de Nouvelle-Zélande en se glissant à travers un trou dans son réservoir et en se tirant plusieurs pieds sur le sol jusqu’à un tuyau d’évacuation de près de 150 pieds menant à la mer – et son liberté. Des pieuvres ont également été observées en train de collecter et de construire des abris à partir de coquilles de noix de coco jetées et d’utiliser les courants d’eau pour jouer avec divers objets.

Ce type d’intelligence découle potentiellement du rôle des microARN dans la diversification de la fonction cellulaire, a déclaré le co-auteur de l’étude Bastian Fromm, un groupe de recherche de l’Université de Tromsø en Norvège qui collabore avec le laboratoire Peterson sur ses recherches et la construction de la base de données en ligne sur les microARN, MirGeneDB. .

Les cellules des organismes complexes effectuent des tâches spécialisées, ce qui signifie que les cellules environnantes doivent être calibrées pour effectuer des fonctions supplémentaires, a déclaré Fromm.

“Les microARN sont comme des interrupteurs ou des gradateurs qui peuvent allumer et réguler l’expression de milliers de protéines dans une cellule et spécifier ce que la cellule peut faire”, a déclaré Fromm. “C’est un jeu de nombres. Les huîtres et les limaces ont des microARN, mais chez les céphalopodes – et en particulier la pieuvre – il y en a une explosion qui est en corrélation avec leur intelligence.”

L’article, “Les microARN sont profondément liés à l’émergence du cerveau complexe de la pieuvre”, a été publié par Science Advances le 25 novembre 2022. La recherche a été financée par la DFG, Fondation allemande pour la recherche ; la Fondation nationale des sciences; le centre de recherche Ames de la NASA ; Collège Dartmouth; la Fondation Carlsberg ; la Fondation de recherche de Tromsø, le domaine de recherche stratégique du Conseil suédois de la recherche par l’intermédiaire de l’Université de Stockholm ; et le ministère italien de l’éducation, des universités et de la recherche.