Comment évoluent les nouvelles structures —


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  • L’évolution est souvent décrite comme un processus de « bricolage », qui utilise de légères modifications des capacités préexistantes. Alors, comment les organismes font-ils évoluer de toutes nouvelles structures ?

    Une nouvelle étude du Dr Zsuzsanna Izsvák du Max Delbrück Center for Molecular Medicine de l’Association Helmholtz (Max Delbrück Center) et du professeur Laurence Hurst du Milner Center for Evolution de l’Université de Bath (Royaume-Uni) a trouvé des preuves que l’évolution d’un nouveau gène sous-tend l’évolution d’une nouvelle structure trouvée dans les cellules nerveuses. Ils décrivent ce gène inhabituel appelé piggyBac Transposable Element-derived 1, ou PGBD1dans la revue Biologie moléculaire et évolution.

    Les « gènes sauteurs » provoquent des mutations

    PGBD1 est l’un des cinq liés PGBD gènes qui montrent une ressemblance distincte avec l’élément piggyBac identifié pour la première fois chez les insectes – d’où le nom dérivé d’élément transposable piggyBac. Les éléments PiggyBac sont des « gènes sauteurs », également appelés transposons. Ils sont capables de se copier et de se déplacer d’un endroit du génome à un autre, introduisant parfois des mutations ou changeant de fonctions. Les transposons PiggyBac sont arrivés dans notre espèce par transfert horizontal – de la même manière que certains virus peuvent intégrer leur génome dans notre ADN. Cependant, alors que les transposons piggyBac ont perdu leur capacité à sauter dans notre ADN au fil du temps, cinq gènes dérivés de l’élément transposable piggyBac (PGBD1-5) ont été fixés chez l’homme. « Nous avons cherché à découvrir quelle fonction potentiellement utile les gènes PGBD pourraient avoir », explique Zsuzsanna Izsvák. « Pour cette étude, nous nous sommes concentrés sur PGBD1. »

    Parmi les cinq PGBD gènes PGBD1 est unique en ce qu’il a également incorporé des parties d’autres gènes, ce qui donne une protéine qui a des parties supplémentaires capables de se lier à d’autres protéines et de se lier à l’ADN. PGBD1 est donc un nouveau gène qui est en partie un fragment de gène humain, en partie un gène sauteur inactif.

    Le PGBD1 régule les cellules nerveuses et leurs « pièges à protéines »

    PGBD1 ne se trouve que chez les mammifères. Il est particulièrement actif dans les cellules qui deviennent des neurones. Les chercheurs ont d’abord étudié où la protéine PGBD1 se lie à l’ADN, observant qu’elle se colle dans et autour des gènes associés au développement nerveux. Ils ont trouvé PGBD1 contrôle le développement des cellules nerveuses en bloquant les gènes exprimés dans les cellules nerveuses matures tout en gardant activés les gènes associés aux cellules pré-nerveuses. Réduire le niveau de PGBD1 dans les cellules pré-nerveuses les a fait commencer à se développer en tant que cellules nerveuses.

    Un des gènes qui PGBD1 les liaisons protéiques ont particulièrement attiré leur intérêt. NEAT1 est un étrange gène qui code pour un ARN qui, exceptionnellement, ne produit pas ensuite de protéine. Au lieu de cela, ce produit, un ARN non codant, constitue l’épine dorsale d’une structure physique, les parataches. Ce sont de minuscules structures dans les noyaux de certaines de nos cellules qui agissent comme des pièges pour certains ARN et protéines. Les chercheurs ont découvert que dans les cellules pré-nerveuses PGBD1 la protéine se lie au NEAT1 gène et l’empêche de fonctionner. Cependant, lorsque PGBD1 les niveaux baissent, NEAT1 Les niveaux d’ARN augmentent, des parataches se forment et les cellules deviennent des cellules nerveuses matures. PGBD1 a donc évolué pour devenir un régulateur clé de la présence ou de l’absence de parataches, et donc le régulateur du développement des cellules nerveuses.

    L’évolution n’est pas un bricolage aléatoire

    Ce qui, cependant, est le plus intrigant, c’est que les parataches sont, comme PGBD1également spécifique aux mammifères. PGBD1 est alors un exemple rare d’un nouveau gène qui a évolué pour réguler une nouvelle structure, quoique plutôt petite. Zsuzsanna Izsvák, co-auteur principal du Max Delbrück Center, déclare : « C’est une découverte vraiment inhabituelle et fortuite. Nous savons que la duplication de gènes préexistants peut sous-tendre l’évolution de la nouveauté, mais c’est un exemple rare d’évolution faisant plus qu’un simple bricolage. Il s’agit d’un nouveau gène pour contrôler une nouvelle structure. La question passionnante est maintenant de savoir si elle joue également un rôle dans les neurones adultes.

    Le co-auteur principal, le professeur Laurence Hurst du Milner Center for Evolution de l’Université de Bath, ajoute: « Nous avons découvert comment les parataches sont contrôlées, il ne nous reste plus qu’à déterminer comment les parataches eux-mêmes ont évolué. Cela pourrait être une tâche beaucoup plus difficile. comme des ARN non codants comme NEAT1 tendent à évoluer rapidement et donc difficiles à retracer au fil du temps d’évolution. »

    Ce couplage entre NEAT1 et PGBD1 peuvent également être impliqués dans la schizophrénie. Alors que NEAT1 a déjà été associée à cette maladie neurologique, l’équipe a identifié certaines mutations dans PGBD1 qu’ils pouvaient montrer étaient également fréquents chez les patients atteints de schizophrénie – l’une de ces mutations modifie la protéine de PGBD1 tandis que d’autres peuvent contrôler son niveau. Premier auteur, le Dr Tamas Raskó, au moment de l’étude, chercheur postdoctoral dans le groupe de Zsuzsanna Izsvák : « C’est sûrement plus qu’une coïncidence si les deux gènes sont impliqués dans la schizophrénie. Il est très inhabituel de trouver une mutation qui modifie une protéine qui est couplée à cette maladie. Les effets de cette mutation doivent être une priorité pour des études ultérieures.

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