La recherche sur les gènes égoïstes fournit de nouvelles informations sur les systèmes d’entraînement méiotiques

Une nouvelle étude publiée dans Génétique PLoS le 7 décembre 2022, révèle comment un gène égoïste dans la levure utilise une stratégie poison-antidote qui permet sa fonction et a probablement facilité son succès évolutif à long terme. Cette stratégie est un ajout important pour les scientifiques qui étudient des systèmes similaires, y compris des équipes qui conçoivent des systèmes d’entraînement synthétiques pour la lutte contre les ravageurs pathogènes. Les progrès collectifs et collaboratifs sur la compréhension de la motivation pourraient un jour conduire à l’éradication des populations de ravageurs qui nuisent aux cultures ou même aux humains dans le cas des maladies à transmission vectorielle.

“Il est assez dangereux pour un génome de coder une protéine qui a la capacité de tuer l’organisme”, a déclaré la chercheuse associée de Stowers, SaraH Zanders, Ph.D. “Cependant, comprendre la biologie de ces éléments égoïstes pourrait nous aider à construire des moteurs synthétiques pour modifier les populations naturelles.”

Les conducteurs sont des gènes égoïstes qui peuvent se propager dans une population à des taux plus élevés que la plupart des autres gènes, sans bénéficier à l’organisme. Des recherches antérieures du Zanders Lab ont révélé qu’un gène conducteur de la levure, wtf4, produit une protéine toxique capable de détruire toute la progéniture. Cependant, pour la paire de chromosomes d’une cellule mère donnée, le lecteur est atteint lorsque wtf4 ne se trouve que sur un seul chromosome. L’effet est un sauvetage simultané des seuls descendants qui héritent de l’allèle d’entraînement, en délivrant une dose d’une protéine très similaire qui neutralise le poison, l’antidote.

S’appuyant sur ce travail, l’étude, dirigée par l’ancienne chercheuse prédoctorale Nicole Nuckolls, Ph.D., et l’actuelle chercheuse prédoctorale Ananya Nidamangala Srinivasa au Zanders Lab, a découvert que les différences dans le moment de la génération de protéines de poison et d’antidote à partir de wtf4 et leur unique les schémas de distribution au sein des spores en développement sont fondamentaux pour le processus de propulsion.

L’équipe a développé un modèle qu’elle continue d’étudier pour savoir comment le poison agit pour tuer la spore – l’équivalent d’un ovule ou d’un sperme humain dans la levure. Leurs résultats indiquent que les protéines toxiques se regroupent, perturbant potentiellement le repliement correct d’autres protéines nécessaires au fonctionnement de la cellule. Parce que le gène wtf4 code à la fois pour le poison et l’antidote, l’antidote a une forme très similaire et se regroupe avec le poison. Cependant, l’antidote a une partie supplémentaire qui semble isoler les grappes de poison-antidote en les amenant à la poubelle de la cellule, la vacuole.

Pour comprendre comment les gènes égoïstes fonctionnent pendant la reproduction, les chercheurs ont examiné le début de la formation des spores et ont trouvé une protéine toxique exprimée dans toutes les spores en développement et le sac qui les entoure, tandis que la protéine antidote n’a été observée qu’en faible concentration dans tout le sac. Plus tard dans le développement, l’antidote a été enrichi à l’intérieur des spores qui ont hérité de wtf4 de la cellule de levure mère.

Les chercheurs ont découvert que les spores qui héritaient du gène conducteur fabriquaient une protéine antidote supplémentaire à l’intérieur de la spore pour neutraliser le poison et assurer leur survie.

L’équipe a également découvert qu’un interrupteur moléculaire particulier qui contrôle de nombreux autres gènes impliqués dans la formation de spores contrôle également l’expression du poison, mais pas de l’antidote, du gène wtf4. L’interrupteur est essentiel à la reproduction de la levure et est inextricablement lié à wtf4, aidant à expliquer pourquoi ce gène égoïste réussit si bien à échapper à toute tentative de l’hôte de désactiver l’interrupteur.

“L’une des raisons pour lesquelles nous pensons que ces choses sont restées si longtemps – ils ont utilisé cette stratégie sournoise d’exploitation du même interrupteur essentiel qui active la reproduction des levures”, a déclaré Nidamangala Srinivasa.

“Si nous pouvions manipuler ces parasites à ADN pour qu’ils soient exprimés dans les moustiques et conduire à leur destruction, cela pourrait être un moyen de contrôler les espèces de ravageurs”, a déclaré Nuckolls.

Parmi les autres auteurs figurent Anthony Mok, María Angélica Bravo Núñez, Ph.D., Jeffery Lange, Ph.D., Todd J. Gallagher et Chris W. Seidel, Ph.D.

Ce travail a été financé par le Searle Award, les National Institutes of General Medical Sciences (prix : R00GM114436, DP2GM132936), le National Cancer Institute (prix : F99CA234523), l’Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development (prix : F31HD097974 ) des National Institutes of Health (NIH) 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.