Une collaboration internationale qui comprend des scientifiques de l’École de médecine de l’Université du Colorado a découvert de nouveaux indices sur l’origine des appendices appariés – une étape évolutive majeure qui reste non résolue et très débattue.
Les chercheurs décrivent leur étude dans un post publié aujourd’hui dans la revue Mother nature.
“C’est devenu un sujet controversé, mais c’est vraiment une dilemma très fondamentale en biologie évolutive : d’où viennent nos membres ?” dit l’auteur co-correspondant Christian Mosimann, PhD, professeur agrégé et titulaire de la chaire Johnson au Département de pédiatrie, Area de biologie du développement à la CU College of Drugs.
Cette concern – d’où viennent nos membres ? — fait l’objet de débats depuis moreover de 100 ans. En 1878, le scientifique allemand Carl Gegenbaur a proposé que les nageoires appariées dérivent d’une source appelée arc branchial, qui sont des boucles osseuses présentes chez les poissons pour soutenir leurs branchies. D’autres scientifiques favorisent l’hypothèse du pli des nageoires latérales, concluant que les nageoires latérales en haut et en bas du poisson sont la source des nageoires appariées.
“C’est un sujet de recherche très actif parce que c’est un défi intellectuel depuis si longtemps”, déclare Mosimann. “De nombreux grands laboratoires ont étudié les différents elements du développement et de l’évolution de nos membres.” Parmi ces laboratoires figurent les collègues et co-auteurs du Dr Mosimann, Tom Carney, PhD, et son équipe de la Lee Kong Chian College of Medicine de l’Université technologique de Nanyang à Singapour.
Chassant les cellules impaires
Pour Mosimann, l’enquête sur l’origine des membres est une émanation d’autres recherches menées par son laboratoire sur le campus médical CU Anschutz. Dans son laboratoire, son équipe utilise le poisson zèbre comme modèle pour comprendre le développement des cellules aux organes. Lui et son équipe étudient comment les cellules décident de leur kind, cherchant des explications sur la façon dont le développement peut mal tourner et conduire à des anomalies congénitales, en particulier des maladies cardiovasculaires et du tissu conjonctif.
En cours de route, Mosimann et son équipe de laboratoire ont observé comment un variety de cellule particulier avec des caractéristiques de cellules du tissu conjonctif, les soi-disant fibroblastes qui partagent une origine développementale avec le système cardiovasculaire, a migré dans des nageoires en développement spécifiques du poisson zèbre. Il s’avère que ces cellules peuvent soutenir une connexion entre les théories concurrentes de l’évolution des appendices appariés.
“Nous avons toujours su que ces cellules étaient bizarres”, dit-il. « Il y avait ces cellules ressemblant à des fibroblastes qui sont entrées dans la soi-disant nageoire ventrale, la nageoire du ventre du poisson zèbre en développement. Alors nous avons continué à remarquer ces fibroblastes particuliers, et nous n’avons jamais pu comprendre ce qu’ils étaient pendant de nombreuses années.
Le laboratoire Mosimann a développé plusieurs tactics pour suivre le destin des cellules au cours du développement dans la poursuite de leur sujet principal, qui est une meilleure compréhension de la façon dont la couche de cellules embryonnaires, appelée mésoderme de la plaque latérale, contribue à divers organes. Le mésoderme de la plaque latérale est à l’origine du développement du cœur, des vaisseaux sanguins, des reins, du tissu conjonctif, ainsi que des principales parties des membres.
Les nageoires appariées qui forment l’équivalent de nos bras et de nos jambes sont ensemencées par des cellules du mésoderme de la plaque latérale, contrairement aux autres nageoires. Comprendre comment ces nageoires particulières sont devenues plus semblables à des membres a été au cœur d’un débat de longue day.
Développer de nouvelles théories
Hannah Moran, qui poursuit son doctorat dans le programme de biologie cellulaire, cellules souches et développement du laboratoire Mosimann, a adapté une méthode de suivi des cellules mésodermiques de la plaque latérale qui contribuent au développement du cœur afin que les chercheurs puissent suivre les fibroblastes particuliers liés au développement des membres.
“Mon projet de recherche principal se concentre sur le développement du cœur plutôt que sur le développement des membres”, explique Moran, “mais il y avait une approach génétique que j’avais adaptée pour cartographier les cellules cardiaques précoces, et nous avons donc pu l’appliquer à la cartographie où le de mystérieuses cellules de la nageoire ventrale. Et il s’avère qu’elles proviennent également du mésoderme de la plaque latérale.”
Cette découverte cruciale fournit une nouvelle pièce de puzzle à la grande impression de la façon dont nous avons fait évoluer nos bras et nos jambes. De furthermore en as well as de preuves soutiennent une hypothèse d’évolution des appendices appariés appelée la théorie de la double origine.
“Nos données s’intègrent bien dans cette théorie combinée, mais elles peuvent également se suffire à la théorie des nageoires latérales”, explique Robert Lalonde, PhD, stagiaire postdoctoral au laboratoire Mosimann. “Alors que les appendices appariés proviennent du mésoderme de la plaque latérale, cela n’exclut pas une connexion ancienne avec des nageoires latérales non appariées.”
En observant les mécanismes du développement embryonnaire et en comparant l’anatomie des espèces existantes, des groupes de recherche comme celui de Mosimann peuvent développer des théories sur la façon dont les constructions embryonnaires ont pu évoluer ou se modifier au fil du temps.
“L’embryon a des caractéristiques qui sont encore des vestiges anciens qu’ils n’ont pas encore perdus, ce qui donne un aperçu de la façon dont les animaux ont évolué”, explique Mosimann. “Nous pouvons utiliser l’embryon pour en savoir as well as sur les caractéristiques qui persistent aujourd’hui, nous permettant en quelque sorte de voyager dans le temps”, explique Mosimann. “Nous voyons que le corps a une propension fondamentale et inhérente à previous des structures bilatérales et bilatérales. Notre étude fournit une pièce de puzzle moléculaire et génétique pour résoudre comment nous en sommes venus à avoir des membres. Cela ajoute à cette discussion de additionally de 100 ans, mais maintenant, nous avons des connaissances moléculaires.”
Collaboration internationale
Les collaborations avec des collègues de laboratoires à travers le pays et dans le monde sont une autre partie importante de l’étude. Ces scientifiques apportent des spécialisations supplémentaires et fournissent des données provenant d’autres modèles, notamment le spatulaire, les grenouilles africaines à griffes et une variante de poisson rouge à queue fendue appelée Ranchu, pour étudier le développement embryonnaire.
“Il y a des laboratoires sur ce sujet sur ce papier qui travaillent sur les maladies musculo-squelettiques, la toxicologie, la fibrose. Nous travaillons sur les anomalies cardiovasculaires, congénitales, les anomalies cardio-pulmonaires, le développement des membres, tous liés à notre intérêt pour le mésoderme de la plaque latérale”, explique Mosimann. “Et puis, ensemble, vous faites des découvertes aussi fondamentales. Et c’est là que la science en équipe nous permet de faire quelque selected qui est as well as que la simple somme des get-togethers.”
Malgré tout le travail considérable et l’importance de l’étude, l’équipe Mosimann reconnaît qu’il s’agit d’une étape clé, mais pas de la fin du voyage dans le débat sur les appendices appariés.
“Je ne dirais pas que nous avons résolu la concern, ni même réfuté l’une ou l’autre des théories existantes”, déclare Lalonde. “Au contraire, nous avons fourni des données significatives pour répondre à une issue évolutive majeure.”