Xavier Boyer
Une équipe de recherche dirigée par le Dr Chaogu ZHENG de l’École des sciences biologiques de l’Université de Hong Kong (HKU) a récemment fait une découverte importante sur l’âge évolutif de différents styles de cellules chez un petit animal appelé Caenorhabditis elegans (C. elegans). En utilisant des données transcriptomiques unicellulaires et une phylostratigraphie raffinée, l’équipe détermine l’âge transcriptomique des cellules individuelles, ce qui signifie qu’elles sont capables d’estimer l’origine évolutive de différentes cellules en fonction de l’âge des gènes exprimés dans les cellules.
Leurs découvertes ont mis en lumière la foundation cellulaire du modèle de « sablier » du développement animal, révélant une variation significative de l’âge du transcriptome des différents varieties de cellules. Ces résultats donnent également un aperçu de la contribution variable des différentes cellules et tissus à l’adaptation et de la relation évolutive entre les styles de cellules. Ces découvertes offrent de nouvelles perspectives sur les mécanismes génétiques qui régissent l’évolution des espèces et ont été publiées dans la principale revue multidisciplinaire PNAS.
Aperçus des études moléculaires sur le modèle de sablier
Les embryons de tous les animaux partagent une morphologie similaire au stade intermédiaire du développement embryonnaire tout en ayant une additionally grande divergence morphologique aux stades antérieurs et ultérieurs. Ce modèle est souvent appelé modèle de développement en «sablier», ce qui signifie que tout développement animal connaît une stage évolutive conservée au milieu de l’embryogenèse.
Des études moléculaires récentes ont montré que les embryons au stade intermédiaire de l’embryogenèse expriment le transcriptome le furthermore ancien, ce qui signifie que les gènes les furthermore anciens et les in addition conservés sont utilisés à ce stade de l’expression des gènes. En revanche, les gènes additionally jeunes sont exprimés aux premiers et derniers stades du développement embryonnaire. Cela a été découvert en analysant l’expression génique des embryons à différents stades de développement à l’aide d’une procedure appelée phylostratigraphie, une méthode utilisée pour déterminer l’âge des gènes en comparant leurs séquences entre différentes espèces.
Cependant, ces études sont limitées en ce sens qu’elles ne pouvaient déterminer que l’âge du transcriptome de l’organisme entier tout au lengthy du développement, mais pas dans des cellules ou des tissus individuels. Cette limitation est importante car l’obtention d’informations sur l’âge des gènes exprimés dans des cellules et des tissus spécifiques est cruciale pour acquérir une compréhension furthermore détaillée de l’évolution des schémas de développement parmi les espèces, ainsi que des mécanismes génétiques qui la régissent. De additionally, cela peut faire la lumière sur la façon dont les tissus et les cellules individuels contribuent au modèle de « sablier », qui est un component very important pour comprendre remark différents organes et tissus contribuent à l’évolution et à l’adaptation du processus de développement world wide chez les animaux.
De l’analyse de l’organisme entier à l’analyse de cellule exceptional
Pour combler ce manque de connaissances, l’équipe de recherche étudie l’âge du transcriptome du nématode C. elegans au niveau de la cellule exclusive en utilisant le séquençage de l’ARN. Ils examinent l’expression de l’ARN des embryons entiers (ou de l’organisme) et des cellules individuelles pour acquérir une compréhension globale de la façon dont les différents gènes sont utilisés au cours du développement embryonnaire et larvaire.
L’équipe identifie d’abord une période du transcriptome le as well as ancien au cours de la mi-embryogenèse de C. elegans, qui commence après la gastrulation, un processus qui forme différentes couches germinales dans l’embryon et se poursuit jusqu’au développement précoce d’un organe. As well as critical encore, l’équipe de recherche constate que dans les premiers embryons, certaines cellules utilisaient des gènes additionally anciens que d’autres cellules. Par exemple, les cellules qui deviendront additionally tard la lignée germinale (responsable de la transmission de l’information génétique à la progéniture) utilisent des gènes in addition anciens que les tissus somatiques du corps. De même, les cellules qui deviendront additionally tard l’endoderme (qui donne naissance au tube digestif) utilisent des gènes plus anciens par rapport aux autres styles de cellules au cours du développement précoce. Parmi les cellules différenciées, les muscle groups semblent avoir le transcriptome le in addition ancien que les autres kinds de cellules.
On observe également que la variation des âges du transcriptome entre les kinds de cellules et de tissus reste faible aux stades embryonnaires précoces et s’agrandit aux stades embryonnaires et larvaires tardifs à mesure que les cellules se différencient. Le suivi de la dynamique de l’âge du transcriptome le prolonged des lignées identifie certains tissus, tels que la peau, qui contribuent à l’augmentation de l’âge du transcriptome chez les embryons tardifs.
Une analyse as well as approfondie de la variation des âges du transcriptome parmi les 128 différents forms de neurones du système nerveux de C. elegans révèle qu’un groupe spécifique de neurones chimiosensoriels et leurs interneurones en aval expriment de très jeunes transcriptomes, ce qui peut avoir contribué à l’adaptation dans l’évolution récente, car de nombreux les jeunes gènes nouvellement évolués sont associés à la détection de facteurs environnementaux. Enfin, en analysant la variation de l’âge du transcriptome parmi les différents forms de neurones, ainsi que l’âge des gènes qui régulent leur développement (régulateurs du destin), l’équipe de recherche est en mesure d’émettre des hypothèses sur l’histoire évolutive de certains de ces 128 sorts de neurones..
«En utilisant C. elegans comme exemple, nous montrons remark l’âge du transcriptome au niveau de la cellule unique peut donner un aperçu de la base cellulaire de l’innovation développementale et aider à comprendre la diversité fonctionnelle et l’origine évolutive des types de cellules», a déclaré le Dr Fuqiang MA, un boursier postdoctoral de la HKU Faculty of Biological Sciences et le leading auteur de l’article.
Le Dr Zheng, superviseur du projet de recherche, a souligné que “cette étude sert d’exemple d’utilisation de la transcriptomique unicellulaire de pointe pour étudier d’anciens problèmes de biologie évolutive”. Le Dr Zheng envisage que la possibilité de déterminer l’âge évolutif de styles cellulaires individuels au niveau du transcriptome peut ouvrir de nouvelles directions de recherche et faire progresser notre compréhension des mécanismes génétiques qui régissent l’évolution des espèces.
