Une mutation génétique neutre - un coup de chance dans le processus évolutif qui n'avait aucun but biologique apparent - qui est apparue il y a plus de 700 millions d'années dans l'évolution biologique pourrait aider à expliquer l'origine d'organes et de structures complexes chez les êtres humains et d'autres vertébrés, selon un article publié dans Communication Nature par une équipe dirigée par le chef du groupe CRG Manuel Irimia, professeur d'université Jordi García-Fernàndez, de la Faculté de biologie et de l'Institut de biomédecine de l'Université de Barcelone (IBUB), et Maria Ina Arnone (Station zoologique Anton Dohrn, Italie).

Spécifiquement, cette mutation, qui s'est probablement produite très tôt dans l'évolution après la séparation de notre groupe de celui des anémones de mer, affecté un gène de la famille des Fgfr (fibroblast growth factor receptors). Avec curiosité, ce changement génétique déclenché, des millions d'années plus tard, la connexion entre deux réseaux de régulation des gènes (ceux contrôlés par l'ESRP et par le Fgfr), qui est devenu la clé de l'origine de nombreux organes et structures vertébrés (poumons, membres antérieurs et oreille interne).

Le groupe, dirigé par Demian Burguera (CRG et UB-IBUB), ont tiré leur approche du domaine de la biologie du développement évolutif (evo-devo). C'est un paradigme relativement nouveau dans l'étude de l'évolution, qui se concentre sur la comparaison du développement embryonnaire de plusieurs êtres vivants pour comprendre comment leurs formes adultes ont changé, donnant naissance à de nouvelles espèces.

De la mutation fortuite à la formation d'organes chez les vertébrés

Un gène peut coder pour différentes protéines - avec des fonctionnalités diverses - grâce au mécanisme génétique de l'épissage alternatif (la coupure et la réunion de gènes). Dans certains types de cellules humaines, ce processus est contrôlé par une famille de protéines régulatrices appelée ESRP. Ils agissent comme un interrupteur moléculaire :lorsque ces protéines régulatrices sont présentes, un groupe de gènes impliqués dans la morphogenèse et les interactions cellule-cellule génère des variants protéiques spécifiques; quand ils sont absents, différentes variantes de protéines sont produites. Et ce commutateur moléculaire contrôle la façon dont les cellules se comportent et interagissent avec leurs voisines pendant le développement embryonnaire. Cependant, l'importance évolutive de ce mécanisme était inconnue.

"Nous avons étudié les fonctions des gènes ESRP au cours de l'embryogenèse de divers animaux. Nos résultats suggèrent que ces gènes faisaient partie d'une machinerie génétique ancienne, partagée par des animaux aussi divers que les poissons, les oursins et nous-mêmes, qui contrôle l'intégration de certaines cellules dans les parois des organes en développement. C'est une étape fondamentale dans la formation de certains organes, et c'est l'inverse d'un processus qui est au cœur des métastases cancéreuses, par lesquelles les cellules quittent la tumeur pour coloniser d'autres parties du corps" explique Manuel Irimia, chef de groupe au Centre de Régulation Génomique (CRG).

L'article publié dans Communication Nature montre comment les mêmes gènes régulateurs ont été utilisés pour générer différents organes et structures biologiques chez les êtres vivants au cours du processus évolutif. Dans la même veine, l'article décrit comment une "erreur" fortuite - une mutation apparemment sans signification qui a eu lieu il y a plus de 700 millions d'années - est devenue le moteur moléculaire de développements morphologiques complexes chez un certain nombre de vertébrés (y compris l'espèce humaine).

"Clairement, le résultat le plus exceptionnel du travail est la preuve de l'importance de la sérendipité pour l'évolution. Il est surprenant de constater qu'un seul gène (ESRP), par son rôle biologique ancestral (adhérence et motilité cellulaires) a été utilisé à l'échelle de l'animal à des fins très différentes :du système immunitaire d'un échinoderme aux lèvres, poumons ou oreilles internes des humains, " déclare le professeur Jordi Garcia-Fernàndez, du Département de Génétique de l'Université de Barcelone, Microbiologie et Statistiques et l'IBUB.

"La nouvelle découverte confirme à quel point l'évolution biologique est polyvalente - les mêmes fondations et outils génétiques peuvent être utilisés pour construire une cabane en bois ou un gratte-ciel, " conclut le professeur Garcia-Fernàndez.