Pour mieux comprendre ce qui motive la diversité biologique sur Terre, les scientifiques ont historiquement examiné les différences génétiques entre les espèces. Mais cela ne fournit qu'une partie de l'image. Les traits d'une espèce particulière ne sont pas simplement le résultat de ses gènes, mais aussi les protéines pour lesquelles ces gènes codent. Comprendre les différences entre les protéomes des espèces - ou toutes les protéines qui peuvent être exprimées - est donc aussi important que comprendre les différences entre les génomes.

Dans une nouvelle étude, les chercheurs de Yale ont comparé les protéomes des cellules cutanées de 11 mammifères, ce qui, selon eux, aidera les scientifiques à comprendre les moteurs moléculaires de la biodiversité et comment ces facteurs ont évolué au fil du temps.

Ils ont découvert que si de nombreuses protéines varient de manière similaire à la fois entre les espèces et au sein des espèces, certaines sont plus variables entre les espèces, fournissant des indices sur les protéines qui pourraient être les plus importantes dans l'évolution des mammifères. Les travaux pourraient également aider les chercheurs à comprendre pourquoi certaines espèces sont plus résistantes au cancer.

Leurs conclusions ont été publiées le 9 septembre dans Science Advances .

"Afin de comprendre la diversité biologique, tout en sachant comment l'ADN est différent d'une espèce à l'autre, vous voudrez peut-être également savoir comment les espèces se comportent, se développent et se présentent différemment", a déclaré Günter Wagner, professeur émérite d'écologie et de biologie évolutive Alison Richard. .

Et ces attributs - l'apparence, le comportement et le développement d'une espèce - seraient plus étroitement liés aux niveaux de protéines qu'à l'ADN, a expliqué Yansheng Liu, professeur adjoint de pharmacologie à la Yale School of Medicine.

Cependant, la comparaison des quantités de protéines entre les espèces a été difficile, car la technologie pour effectuer des analyses à grande échelle n'existait pas. Mais Liu a appliqué une méthode appelée spectrométrie de masse à acquisition indépendante des données qui permet désormais aux chercheurs de faire ce type de travail.

"C'est une percée conceptuelle et technique qui nous permet de travailler à ce niveau plus élevé et plus pertinent sur le plan fonctionnel", a déclaré Wagner.

Liu est membre du Yale Cancer Biology Institute et Wagner est membre du Systems Biology Institute, tous deux situés sur le campus ouest de Yale. C'est là, lors d'un symposium sur la biologie des systèmes anticancéreux auxquels ils ont tous deux assisté, que leur collaboration a débuté.

Pour l'étude, les chercheurs ont quantifié toutes les protéines exprimées dans les cellules de la peau de 11 espèces de mammifères :lapins, rats, singes, humains, moutons, vaches, porcs, chiens, chats, chevaux et opossums.

L'analyse, ont-ils découvert, a fourni des informations qui ne pouvaient pas être obtenues par d'autres techniques. Par exemple, alors que des recherches antérieures ont examiné les différences d'ARNm - le matériel génétique utilisé pour créer des protéines - elles ont découvert que la mesure des protéines fournissait des informations supplémentaires qui ne pouvaient pas être capturées en analysant l'ARNm seul, car l'ARNm n'est qu'une mesure indirecte de l'abondance des protéines. .

Un brin d'ARNm porte le code de création d'une protéine. Et tandis que les protéines individuelles peuvent avoir une fonction particulière, les protéines peuvent également interagir les unes avec les autres et agir en tant que groupes, a expliqué Liu. Le simple fait de regarder l'ARNm ne fournira pas cette information.

"Nous avons constaté que, en particulier pour certaines classes de protéines, la relation entre les protéines et l'ARNm est très faible", a déclaré Liu. "Cela signifie que le profil d'ARNm seul serait trompeur."

L'équipe a ensuite examiné la variation des protéines à la fois entre les espèces et entre les individus au sein de la même espèce, constatant que, pour la plupart des protéines, les niveaux qui étaient plus variables entre les individus étaient également plus variables entre les espèces. Mais certaines protéines ne correspondaient pas à cette tendance. Par exemple, les protéines liées à la division cellulaire et au métabolisme de l'ARN étaient plus variables entre les espèces qu'entre les individus d'une même espèce (les humains, dans ce cas). Cela suggère que ces fonctions jouent un rôle particulièrement important dans l'évolution des mammifères, ont déclaré les chercheurs.

"Les différences inter-espèces par rapport aux différences inter-individuelles sont très intéressantes d'un point de vue évolutif", a déclaré Wagner. "La comparaison des deux nous donne une idée de la quantité de variation tolérée au sein d'une espèce et nous pouvons utiliser cette information pour prédire la capacité d'évolution."

Enfin, les chercheurs ont comparé les systèmes d'élimination des protéines entre les espèces. Il existe deux principaux systèmes responsables de l'élimination des protéines dans les cellules, et ils ont découvert que l'un était similaire d'une espèce à l'autre tandis que l'autre présentait pas mal de variations entre les différents mammifères.

Ce renouvellement des protéines détermine la rapidité avec laquelle une cellule peut changer d'état, a ajouté Wagner. "Si un nouveau signal arrive, la cellule doit éliminer les protéines qui étaient nécessaires à son état précédent et en créer de nouvelles", a-t-il déclaré.

Et la vitesse à laquelle une cellule change d'état pourrait être pertinente pour le cancer.

"Les cellules saines peuvent être influencées par les cellules cancéreuses à proximité", a déclaré Wagner. "Il sera important de comprendre si les taux de renouvellement des protéines sont liés à la réactivité des cellules aux influences des cellules tumorales. Peut-être que les espèces plus résistantes au cancer, telles que les animaux à sabots comme les vaches et les porcs, ont des cellules moins capables de changer d'état et moins sensible aux signaux des cellules cancéreuses."

Et comprendre la vulnérabilité au cancer n'est qu'une des applications potentielles de ce travail, ont déclaré les chercheurs. Par exemple, ils peuvent commencer à corréler les différences de protéines avec tout autre trait qui diffère d'une espèce à l'autre, explique Liu.

Les protéines sont sujettes à des modifications chimiques, qui se produisent lorsque d'autres molécules se fixent à une protéine et l'activent ou la désactivent. Et ces modifications contribuent à des traits qui diffèrent entre les espèces et au sein de celles-ci, car elles jouent un rôle majeur dans la fonction des protéines. Les chercheurs ont évalué un type de modification dans cette étude, la phosphorylation, trouvant que les variations des niveaux de phosphorylation n'étaient, pour la plupart, pas liées aux variations de l'abondance des protéines, fournissant une autre couche de compréhension sur ce qui motive la biodiversité. Les chercheurs continueront d'évaluer d'autres modifications dans des travaux futurs.

"Cela fournira une image plus complète", a déclaré Liu, ajoutant que les variabilités biologiques entre les espèces et les individus sont ce qui façonne la diversité biologique sur Terre. "Mesurer les différences entre les protéines et les protéines modifiées d'une espèce à l'autre fera progresser notre compréhension de la biodiversité au niveau moléculaire." + Explorer plus loin

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