Une molécule sensible à la lumière aide les animaux marins à synchroniser leur cycle de reproduction


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  • La façon dont les animaux sont capables d’interpréter les sources de lumière naturelle pour ajuster leur physiologie et leur comportement est mal comprise. Les laboratoires de Kristin Tessmar-Raible (Max Perutz Labs Vienne, Alfred Wegener Institut, Université d’Oldenbourg) et Eva Wolf (Université Johannes Gutenberg et Institut de biologie moléculaire de Mayence) ont maintenant révélé qu’une molécule appelée L-cryptochrome (L-Cry) a les propriétés biochimiques pour faire la distinction entre les différentes phases de la lune, ainsi qu’entre le soleil et le clair de lune. Leurs conclusions, publiées dans Communication Nature, montrent que L-Cry peut interpréter le clair de lune pour entraîner l’horloge mensuelle (circalunaire) d’un ver marin afin de contrôler la maturation sexuelle et la reproduction.

    De nombreux organismes marins, notamment les algues brunes, les poissons, les coraux, les tortues et les vers à poils, synchronisent leur comportement et leur reproduction avec le cycle lunaire. Pour certaines espèces, telles que le ver à poils Platynereiis dumerilii, des expériences en laboratoire ont montré que le clair de lune exerce sa fonction de synchronisation en entraînant un calendrier mensuel interne, également appelé horloge circalunaire. Dans ces conditions de laboratoire, mimer la durée de la pleine lune suffit à entraîner ces horloges circalunaires. Cependant, dans les habitats naturels, les conditions d’éclairage peuvent varier considérablement. Même l’interaction régulière du soleil et de la lune crée des motifs très complexes. Les organismes utilisant la lumière lunaire pour leur synchronisation doivent donc faire la distinction entre des phases de lune spécifiques et entre le soleil et le clair de lune. Cette capacité n’est pas bien comprise. « Nous avons maintenant révélé qu’une molécule réceptive à la lumière, appelée L-Cry, est capable de faire la distinction entre différentes valences lumineuses », déclare la co-première auteure de l’étude, Birgit Poehn. Ce Cryptochrome sert ainsi de capteur de lumière capable de mesurer l’intensité et la durée de la lumière, aidant ainsi les animaux à choisir la « bonne » lumière pour ajuster adéquatement leur système de chronométrage mensuel.

    En collaboration avec le laboratoire d’Eva Wolf, l’équipe a caractérisé L-Cry de sa biochimie à sa génétique fonctionnelle. « Nous avons constaté que la capacité de L-Cry à interpréter la lumière est en corrélation avec des états moléculaires distincts de L-Cry », explique Birgit Poehn. En particulier, le cryptochrome contient des cofacteurs, des composants non protéiques essentiels à sa fonction. Ces cofacteurs, appelés dinucléotides de flavine adénine (FAD), subissent des changements biochimiques sous l’influence de la lumière, où le FAD oxydé adapté à l’obscurité passe à un état de FAD photoréduit. Le co-premier auteur Shruthi Krishnan a découvert que les protéines L-Cry exposées au clair de lune naturaliste accumulent les faibles nombres de photons du clair de lune pendant des heures, mais au plus la moitié seulement des FAD sont photoréduits. En revanche, le nombre de photons plus de 10 000 fois plus élevé de la lumière naturelle du soleil utilisée dans les expériences provoque une photoréduction rapide de toutes les molécules de FAD en quelques minutes. Les auteurs suggèrent que, par conséquent, L-Cry acquiert des propriétés structurales et biochimiques distinctes en fonction du statut combinatoire des DCP dans son dimère. Ainsi, il sert non seulement de capteur de lumière efficace, mais également discriminant sur une plage extrêmement large d’intensités de lumière naturelle.

    Les scientifiques pourraient également montrer que L-Cry subit des changements dans sa localisation subcellulaire, en fonction de son exposition à la lumière du soleil ou au clair de lune. Comment cette localisation différentielle se traduit par différentes voies de signalisation qui contrôlent le comportement et la physiologie, et comment le transport induit par la lumière de L-Cry entre le noyau et le cytoplasme est réalisé, sont des questions clés qui feront l’objet d’études ultérieures. Le mécanisme, cependant, est également pertinent pour d’autres horloges biologiques et processus contrôlés par la lumière : « Nous pensons que ce que nous avons découvert va au-delà du système de chronométrage mensuel », déclare Eva Wolf. Kristin Tessmar-Raible ajoute : « Il pourrait s’agir d’un processus plus général qui aide les organismes à reconnaître les sources lumineuses, ce qui est d’une importance écologique clé pour tout organisme qui ajuste sa physiologie et son comportement par la lumière. De plus, le clair de lune n’est pas seulement une version sombre de la lumière du soleil, il a des implications temporelles et écologiques très différentes pour les organismes. » Par conséquent, les perturbations par la pollution lumineuse nocturne constituent de sérieuses menaces pour les écosystèmes naturels et aussi pour la santé humaine. Une meilleure compréhension de la façon dont la lumière de la lune est détectée et traitée peut également aider à évaluer et à atténuer les impacts négatifs de la lumière artificielle.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Université de Vienne. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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