Une équipe de recherche internationale dirigée par James Umen, PhD, membre du Donald Danforth Plant Science Heart, a fait une découverte inattendue d’un mécanisme de comptage biaisé utilisé par l’algue verte unicellulaire Chlamydomonas pour contrôler la division cellulaire. Les cellules de Chlamydomonas peuvent devenir très volumineuses puis se diviser plusieurs fois de suite. L’équipe a découvert que le nombre de divisions qu’une cellule mère entreprend pour restaurer ses filles à la taille de départ correcte s’écarte de l’optimum mathématique censé dicter ce processus. Au lieu de cela, les cellules mères ne se divisaient presque jamais une seule fois : soit elles ne se divisaient pas du tout, soit elles se divisaient deux fois ou in addition. Ce biais inattendu contre une seule division a des implications importantes pour la compréhension de l’évolution de la vie multicellulaire et ouvre une nouvelle voie pour l’ingénierie des cellules d’algues afin d’améliorer les rendements en biocarburant et en produits de grande valeur.
L’article décrivant ces résultats intitulé « Un modèle basé sur des cellules pour le contrôle de la taille de l’algue à fission multiple Chlamydomonas reinhardtii » a été publié le 9 novembre 2023 dans la revue Present Biology.
Les cellules de Chlamydomonas, comme celles de nombreuses autres algues et protistes unicellulaires, peuvent devenir très volumineuses avant de se diviser. Ce modèle atypique de croissance et de division leur permet d’utiliser de manière optimale la lumière et les nutriments, mais crée également un problème de contrôle de la taille : dans certaines problems, les cellules doublent à peine leur taille avant qu’il soit temps de se diviser et n’ont besoin de se diviser qu’une seule fois mais dans des situations favorables, la même cellule pourrait croître additionally de dix fois par rapport à sa taille initiale et devrait se diviser plusieurs fois de suite pour produire des filles de taille correcte. Cette variabilité de taille présente une énigme qui a été résolue par l’évolution d’un mécanisme chez Chlamydomonas qui permet aux cellules d’évaluer leur taille et de compter le nombre correct de divisions cellulaires. « On a toujours supposé que le modèle de division était dicté par une easy relation entre la taille des cellules mères et le nombre de divisions, et les modèles qui supposent cette relation basic peuvent prédire avec précision les comportements de populations cellulaires entières », a déclaré Umen. « Mais en examinant les comportements de division de milliers de cellules individuelles de différentes tailles, nous avons découvert une pénurie inattendue de cellules se divisant une seule fois. » Au lieu de cela, les cellules qui auraient dû se diviser une fois ont choisi de ne pas se diviser du tout, et la plupart des cellules ne sont devenues capables de se diviser que lorsqu’elles ont as well as que doublé de taille.
Face à ce résultat inattendu, les membres de l’équipe Abhyudai Singh, PhD, professeur à l’Université du Delaware et César Augusto Vargas-García, PhD, chef d’équipe analytique, AGROSAVIA -Corporación colombiana de investigación agropecuaria, Bogotá, Colombie, ont utilisé la modélisation mathématique pour arriver à un modèle prédictif additionally précis du comportement des cellules, tandis que l’équipe de recherche du Danforth Centre, dirigée par Dianyi Liu, PhD, associée postdoctorale, a creusé plus profondément pour comprendre les mécanismes génétiques qui ont produit le biais de comptage observé. L’équipe a découvert qu’un mécanisme génétique bien connu, mais encore mal compris, permettant de contrôler la division cellulaire chez les algues, les plantes et les humains – appelé voie suppresseur de tumeur du rétinoblastome – joue un rôle essentiel dans la prévention d’une seule division.
« Alors que nous commençons tout juste à comprendre le fonctionnement de la voie du rétinoblastome chez les algues, la découverte d’un mécanisme permettant d’introduire un biais dans le comportement de division cellulaire suggère immédiatement que les cellules ont modifié leur comportement de division, ce qui constitue une étape importante dans l’évolution de la vie multicellulaire. « , selon Liu.
Les dad and mom multicellulaires de Chlamydomonas évitent non seulement la possibilité de subir une division, mais peuvent également empêcher la division jusqu’à ce qu’ils aient grossi plusieurs fois. Cela permet à une seule cellule de produire rapidement un tout nouvel individu multicellulaire comportant des centaines, voire des milliers de cellules, une capacité essentielle à la problem physique et à la survie. « Le biais contre une division que nous avons observé chez Chlamydomonas était très probablement présent chez les ancêtres directs de ses mom and dad multicellulaires et était encore amplifié à mesure qu’ils évoluaient en taille et en complexité », spécule Umen. Bien que l’on ne sache pas pourquoi les cellules ont développé une tendance à ne pas se diviser une seule fois, la connaissance de ce mécanisme et de son contrôle génétique a des implications pratiques dans la biotechnologie des algues où la taille des cellules peut avoir un impact sur les rendements de produits de grande valeur et même sur la susceptibilité à la prédation des algues par les filtreurs. dans les cultures en étang ouvert.
Pour l’avenir, l’équipe se concentre désormais sur la compréhension et la modélisation des mécanismes spécifiques utilisés par la voie du rétinoblastome pour modifier le comportement de division cellulaire des algues, travaux qui pourraient conduire à des progrès dans la biotechnologie des algues et même faire la lumière sur la façon dont la voie du rétinoblastome empêche les cellules humaines de développer un most cancers et empêche les cellules végétales de se diviser au mauvais minute et au mauvais endroit.
Le succès de la recherche de l’équipe a été soutenu par les subventions R01GM126557 et R35GM148351 des Countrywide Institutes of Health.
