L'empreinte génétique de l'anémone de mer Nematostella vectensis montre que les membres de ce phylum animal évolutivement très ancien utilisent les mêmes cascades de gènes pour la différenciation des types de cellules neuronales que des organismes plus complexes. Ces gènes sont également responsables de l'équilibre de toutes les cellules de l'organisme tout au long de la vie de l'anémone. Les résultats ont été publiés par une équipe de biologistes du développement dirigée par Ulrich Technau de l'Université de Vienne dans Cell Reports .

Presque tous les organismes animaux sont constitués de millions, voire de milliards de cellules qui se regroupent de manière complexe pour former des tissus et des organes spécifiques, constitués de plusieurs types de cellules différents, tels qu'une variété de neurones ou de cellules glandulaires. Comment cet équilibre important de divers types de cellules se produit, comment il est régulé et si les différents types de cellules de différents organismes animaux ont une origine commune n'est pas bien compris.

L'empreinte digitale unicellulaire conduit à des ancêtres communs

Le groupe de recherche, dirigé par le biologiste du développement évolutionniste Ulrich Technau, qui est également à la tête de la plateforme de recherche Single Cell Regulation of Stem Cells (SinCeReSt) à l'Université de Vienne, a déchiffré la diversité et l'évolution de tous les types de cellules nerveuses et glandulaires et leurs origines du développement chez l'anémone de mer Nematostella vectensis. Pour y parvenir, ils ont utilisé la transcriptomique unicellulaire, une méthode qui a révolutionné la biomédecine et la biologie évolutive au cours de la dernière décennie.

"Avec cela, des organismes entiers peuvent être résolus en cellules uniques - et l'intégralité de tous les gènes actuellement exprimés dans chaque cellule individuelle peut être décodée. Différents types de cellules diffèrent fondamentalement dans les gènes qu'ils expriment. Par conséquent, la transcriptomique unicellulaire peut être utilisée pour déterminer l'empreinte moléculaire de chaque cellule individuelle », explique Julia Steger, première auteure de la publication actuelle.

Dans l'étude, les cellules avec une empreinte digitale qui se chevauchent ont été regroupées. Cela a permis aux scientifiques de distinguer des types de cellules définis ou des cellules à des stades transitoires de développement, chacune avec des combinaisons d'expression uniques. Cela a également permis aux chercheurs d'identifier les populations communes de cellules progénitrices et souches des différents tissus. À leur grande surprise, ils ont découvert que, contrairement aux hypothèses antérieures, les neurones, les cellules glandulaires et d'autres cellules sensorielles proviennent d'une population progénitrice commune, ce qui pourrait être vérifié par marquage génétique chez les animaux vivants. Étant donné que certaines cellules glandulaires dotées de fonctions neuronales sont également connues chez les vertébrés, cela pourrait indiquer une relation évolutive très ancienne entre les cellules glandulaires et les neurones.

Gène ancien constamment utilisé

Un gène joue un rôle particulier dans le développement de ces cellules ancêtre communes. SoxC est exprimé dans toutes les cellules précurseurs des neurones, des cellules glandulaires et des cnidocytes et est essentiel à la formation de tous ces types cellulaires, comme les auteurs ont en outre pu le montrer dans des expériences de knock-out.

« Il est intéressant de noter que ce gène n'est pas étranger :il joue également un rôle important dans la formation du système nerveux chez l'homme et de nombreux autres animaux, ce qui, avec d'autres données, montre que ces mécanismes de régulation clés de la différenciation des cellules nerveuses semblent être conservés. à travers le règne animal », explique Technau.

En comparant différents stades de vie, les auteurs ont également constaté que chez les anémones de mer, les processus génétiques de développement des neurones sont maintenus de l'embryon à l'organisme adulte, contribuant ainsi à l'équilibre des neurones tout au long de la vie de Nematostella vectensis. Ceci est remarquable car, contrairement aux humains, les anémones de mer peuvent remplacer les neurones manquants ou endommagés tout au long de leur vie. Pour les recherches futures, cela soulève la question de savoir comment l'anémone de mer parvient à maintenir ces mécanismes, qui dans des organismes plus complexes ne se produisent qu'au stade embryonnaire, dans l'organisme adulte de manière contrôlée. + Explorer plus loin

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