Une étude de la revue Cell apporte un nouvel éclairage sur l’évolution des neurones, en s’intéressant aux placozoaires, un animal marin de taille millimétrique. Des chercheurs du Centre de régulation génomique de Barcelone ont découvert que des cellules sécrétoires spécialisées trouvées chez ces créatures uniques et anciennes pourraient avoir donné naissance à des neurones chez des animaux furthermore complexes.
Les placozoaires sont de minuscules animaux, de la taille d’un gros grain de sable, qui broutent les algues et les microbes vivant à la surface des roches et autres substrats trouvés dans les mers chaudes et peu profondes. Les créatures en forme de goutte et de crêpe sont si simples qu’elles vivent sans aucune partie du corps ni organe. Ces animaux, dont on pense qu’ils sont apparus pour la première fois sur Terre il y a environ 800 tens of millions d’années, constituent l’une des cinq principales lignées d’animaux aux côtés des Ctenophora (gelées en peigne), des Porifera (éponges), des Cnidaria (coraux, anémones de mer et méduses) et des Bilateria (tous autres animaux).
Les créatures marines coordonnent leur comportement grâce à des cellules peptidergiques, des styles spéciaux de cellules qui libèrent de petits peptides capables de diriger les mouvements ou l’alimentation de l’animal. Poussés par l’intrigue de l’origine de ces cellules, les auteurs de l’étude ont utilisé un éventail de techniques moléculaires et de modèles informatiques pour comprendre comment les sorts de cellules placozoaires ont évolué et reconstituer l’apparence et le fonctionnement de nos anciens ancêtres.
Reconstruire d’anciens varieties de cellules
Enfin, ils ont effectué des comparaisons entre espèces pour reconstruire l’évolution des kinds cellulaires.
La recherche a montré que les neuf principaux kinds de cellules des placozoaires semblent être reliés par de nombreux forms de cellules « intermédiaires » qui changent d’un type à l’autre. Les cellules grandissent et se divisent, maintenant l’équilibre délicat des kinds de cellules nécessaires au mouvement et à la nourriture de l’animal. Les chercheurs ont également découvert quatorze types différents de cellules peptidergiques, mais celles-ci étaient différentes de toutes les autres cellules, ne montrant aucun variety intermédiaire ni aucun signe de croissance ou de division.
Étonnamment, les cellules peptidergiques partageaient de nombreuses similitudes avec les neurones – un style de cellule qui n’est apparu que plusieurs hundreds of thousands d’années moreover tard chez des animaux in addition avancés tels que les bilatéraux. Les analyses inter-espèces ont révélé que ces similitudes sont uniques aux placozoaires et n’apparaissent pas chez d’autres animaux à ramification précoce tels que les éponges ou les gelées en peigne (cténophores).
Tremplins évolutifs
Les similitudes entre les cellules peptidergiques et les neurones étaient triples. Premièrement, les chercheurs ont découvert que ces cellules placozoaires se différencient d’une population de cellules épithéliales progénitrices through des signaux de développement qui ressemblent à la neurogenèse, le processus par lequel de nouveaux neurones sont formés, chez les cnidaires et les bilatéraux.
Deuxièmement, ils ont découvert que les cellules peptidergiques possèdent de nombreux modules génétiques nécessaires à la construction de la partie d’un neurone capable d’envoyer un message (l’échafaudage pré-synaptique). Cependant, ces cellules sont loin d’être de véritables neurones, motor vehicle il leur manque les composants nécessaires à la réception d’un information neuronal (post-synaptique) ou les composants nécessaires à la transmission des signaux électriques.
Enfin, les auteurs ont utilisé des tactics d’apprentissage profond pour montrer que les varieties de cellules placozoaires communiquent entre eux à l’aide d’un système cellulaire dans lequel des protéines spécifiques, appelées GPCR (récepteurs couplés aux protéines G), détectent des signaux extérieurs et déclenchent une série de réactions à l’intérieur de la cellule. Ces signaux extérieurs sont médiés par des neuropeptides, des messagers chimiques utilisés par les neurones dans de nombreux processus physiologiques différents.
« Nous avons été stupéfaits par les parallèles », déclare le Dr Sebastián R. Najle, co-premier auteur de l’étude et chercheur postdoctoral au Centre de régulation génomique. « Les cellules peptidergiques placozoaires présentent de nombreuses similitudes avec les cellules neuronales primitives, même si elles n’en sont pas encore là. C’est comme regarder un tremplin évolutif. »
L’aube du neurone
L’étude démontre que les éléments constitutifs du neurone se formaient il y a 800 hundreds of thousands d’années chez des animaux ancestraux paissant discrètement dans les mers peu profondes de l’ancienne Terre. D’un position de vue évolutif, les premiers neurones pourraient avoir commencé comme les cellules sécrétoires peptidergiques des placozoaires d’aujourd’hui. Ces cellules communiquaient à l’aide de neuropeptides, mais ont finalement acquis de nouveaux modules génétiques qui ont permis aux cellules de créer des échafaudages put up-synaptiques, de former des axones et des dendrites et de créer des canaux ioniques qui génèrent des signaux électriques rapides – des innovations qui ont été essentielles à l’aube du neurone il y a environ une centaine d’années. millions d’années après l’apparition sur Terre des ancêtres des placozoaires.
Cependant, l’histoire complète de l’évolution des systèmes nerveux reste encore à raconter. On pense que le leading neurone moderne proviendrait de l’ancêtre commun des cnidaires et des bilatériens il y a environ 650 thousands and thousands d’années. Et pourtant, des cellules de sort neuronal existent dans les cténophores, bien qu’elles présentent des différences structurelles importantes et ne possèdent pas l’expression de la plupart des gènes présents dans les neurones modernes. La présence de certains de ces gènes neuronaux dans les cellules des placozoaires et leur absence dans les cténophores soulèvent de nouvelles concerns sur la trajectoire évolutive des neurones.
« Les placozoaires manquent de neurones, mais nous avons maintenant découvert des similitudes moléculaires frappantes avec nos cellules neurales. Les cténophores ont des réseaux neuronaux, avec des différences et des similitudes clés avec les nôtres. Les neurones ont-ils évolué une fois puis divergé, ou plus d’une fois, en parallèle ? « Est-ce une mosaïque, où chaque pièce a une origine différente? Ce sont des concerns ouvertes qui restent à aborder », déclare le Dr Xavier Grau-Bové, co-premier auteur de l’étude et chercheur postdoctoral au Centre de régulation génomique.
Les auteurs de l’étude estiment qu’à mesure que les chercheurs du monde entier continuent de séquencer des génomes de haute qualité provenant de diverses espèces, les origines des neurones et l’évolution d’autres varieties de cellules deviendront de in addition en furthermore claires. « Les cellules sont les unités fondamentales de la vie, donc comprendre remark elles naissent ou changent au fil du temps est essentiel pour expliquer l’histoire évolutive de la vie. Les placozoaires, les cténophores, les éponges et autres modèles d’animaux non traditionnels recèlent des tricks que nous ne faisons que commencer. pour débloquer », conclut le professeur de recherche ICREA Arnau Sebé-Pedros, auteur correspondant de l’étude et chef de groupe junior au Centre de régulation génomique.
