Selon une nouvelle étude menée par des chercheurs de la faculté de médecine de l'Université de Pittsburgh, comment un minuscule invertébré marin distingue ses propres cellules de celles de ses concurrents présente des similitudes frappantes avec le système immunitaire humain.

Les résultats, publiés maintenant dans Proceedings of the National Academy of Sciences , suggèrent que les éléments constitutifs de notre système immunitaire ont évolué beaucoup plus tôt qu'on ne le pensait et pourraient aider à améliorer la compréhension du rejet de greffe, guidant un jour le développement de nouvelles immunothérapies.

"Pendant des décennies, les chercheurs se sont demandé si l'auto-reconnaissance chez une créature marine appelée Hydractinia symbiolongicarpus s'apparentait aux processus qui contrôlent si un morceau de peau peut être greffé avec succès d'une personne à une autre", a déclaré l'auteur principal Matthew Nictora, Ph.D. ., professeur adjoint de chirurgie et d'immunologie à l'Institut de transplantation Thomas E. Starzl. "Notre étude montre pour la première fois qu'un groupe spécial de protéines appelée la superfamille des immunoglobulines - qui sont importantes pour l'immunité adaptative chez les mammifères et autres vertébrés - se trouve chez un animal aussi éloigné."

Hydractinia symbiolongicarpus appartient au même groupe que les méduses, les coraux et les anémones de mer. Avec des corps en forme de tube ornés de tentacules pour attraper des proies, les animaux ressemblent un peu à de minuscules versions d'hommes gonflables farfelus dansant à l'extérieur d'un concessionnaire automobile. Ils poussent en colonies incrustant les carapaces des bernard-l'ermite comme du lichen sur un rocher.

"Au fur et à mesure que les colonies grandissent et se disputent l'espace sur les carapaces de crabe, elles se heurtent souvent les unes aux autres", a expliqué Nicotra, qui est également directeur associé du Center for Evolutionary Biology and Medicine de la Pitt's School of Medicine. "Si deux colonies se reconnaissent comme soi, elles fusionnent. Mais si elles s'identifient comme non-soi, les colonies se battent en libérant des structures en forme de harpon à partir de cellules spéciales."

Nicotra et ses collègues ont précédemment identifié deux gènes appelés Alr1 et Alr2 impliqués dans le système de fusible ou de combat d'Hydractinia, mais ils ont prédit qu'il y avait plus à l'histoire.

"Si vous imaginez que le génome de l'animal s'étale devant nous, nous avions une lampe de poche sur ces deux petits points, mais nous ne savions pas ce qu'il y avait d'autre", a déclaré Nicotra. "Maintenant, nous avons pu séquencer l'ensemble du génome et éclairer toute la région autour de ces gènes. Il s'avère que Alr1 et Alr2 font partie d'une immense famille de gènes."

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont identifié et séquencé 41 gènes Alr, qui forment un complexe qui contrôle probablement la reconnaissance de soi par rapport à la non-reconnaissance chez Hydractinia.

Ensuite, l'équipe a voulu voir comment les protéines codées par les gènes Alr étaient comparées à celles trouvées chez les vertébrés. Jusqu'à récemment, il était presque impossible de prédire avec précision la structure 3D des protéines sur la base de la séquence d'un gène, mais en 2021, la sortie d'un outil appelé AlphaFold a changé cela.

À l'aide de cet outil, les chercheurs ont comparé la structure des protéines Alr aux protéines de la superfamille des immunoglobulines (IgSF), un groupe important qui comprend des anticorps et des récepteurs sur les cellules B et T du système immunitaire. Les protéines IgSF ont trois régions ou domaines caractéristiques, y compris le domaine V-set.

"Le 'V' signifie variable", a déclaré Nicotra. "Lorsqu'une cellule B ou T devient spécialisée pour combattre un agent pathogène particulier, les domaines V-set sont réarrangés pour créer une séquence variable, que le système immunitaire utilise pour reconnaître des agents pathogènes ou des cellules spécifiques."

Nicotra a été surpris de découvrir que les domaines des protéines Alr avaient des structures 3D remarquablement similaires aux domaines V-set, même s'ils manquaient de caractéristiques révélatrices que l'on trouve habituellement dans les protéines IgSF.

"Il ne fait aucun doute que ce sont des domaines V-set", a-t-il expliqué. "Ils sont juste très, très étranges."

Jusqu'à présent, on pensait que les domaines V-set étaient apparus dans la branche du règne animal connue sous le nom de Bilateria. Ce groupe est né il y a environ 540 millions d'années et comprend la plupart des animaux familiers, y compris les mammifères, les insectes, les poissons, les mollusques et tous les autres avec les côtés droit et gauche.

La découverte de domaines V-set chez Hydractinia - qui fait partie d'un groupe apparu plus tôt dans l'évolution des animaux - suggère que les domaines V-set sont apparus plus loin dans l'arbre évolutif qu'on ne le pensait auparavant.

Plusieurs protéines Alr avaient également des signatures associées à la signalisation immunitaire chez d'autres animaux, un autre indice que ce complexe protéique est impliqué dans l'auto-reconnaissance.

"Nous en savons beaucoup sur le système immunitaire des mammifères et autres vertébrés, mais nous n'avons fait qu'effleurer la surface de l'immunité chez les invertébrés", a déclaré Nicotra. "Nous pensons qu'une meilleure compréhension de la signalisation immunitaire dans des organismes comme Hydractinia pourrait finalement indiquer d'autres moyens de manipuler ces voies de signalisation chez les patients ayant des organes transplantés."

Les autres auteurs qui ont contribué à l'étude étaient Aidan L. Huene, Ph.D., Steven M. Sanders, Ph.D., Zhiwei Ma, B.S., Manuel H. Michaca, B.S., tous de Pitt ; Anh-Dao Nguyen, Sergey Koren, Ph.D., Adam M. Phillippy, Ph.D., et Andreas D. Baxevanis, Ph.D., tous de l'Institut national de recherche sur le génome humain (NHGRI) ; James C. Mullikin, Ph.D., du NHGRI et des National Institutes of Health (NIH); et Christine E. Schnitzler, Ph.D., de l'Université de Floride. + Explorer plus loin

Comment un animal marin minuscule et étrange produit un nombre illimité d'ovules et de sperme au cours de sa vie