An Ancient, Structurally Conserved Allorecognition Gene Complex Predates the Divergence of Major Cnidarian Lineages
Cette étude démontre que le complexe de gènes d'alloréconnaissance (ARC) chez les hydrozoaires est structurellement et synténiquement conservé à travers les principales lignées de cnidaires, fournissant la preuve que ce système est antérieur à la divergence des cnidaires et pourrait être homologue au complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) des vertébrés.
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Dans les quartiers sous-marins encombrés de l'océan, où l'espace est une denrée rare, la cohabitation nécessite un code de conduite strict. Pour de nombreux animaux marins simples, la capacité de distinguer un voisin d'un étranger est une question de vie ou de mort. Cette compétence biologique, connue sous le nom d'alloréconnaissance, permet à une colonie d'individus minuscules et connectés de décider s'ils doivent fusionner avec un groupe voisin ou le repousser. Si les voisins sont reconnus comme étant du « soi », les colonies fusionnent pour former une entité unique et plus grande. S'ils sont du « non-soi », la colonie lance une attaque défensive en utilisant des cellules urticantes spécialisées. Ce système est remarquablement similaire aux systèmes immunitaires que l'on trouve chez les animaux plus complexes, y compris les humains, qui reposent sur un ensemble de gènes appelé complexe majeur d'histocompatibilité pour distinguer l'ami de l'ennemi. Les scientifiques se demandent depuis longtemps si ces deux systèmes, séparés par des centaines de millions d'années d'évolution, partagent un ancêtre commun ou s'ils ont évolué indépendamment.
Une équipe de chercheurs s'est donné pour mission de résoudre ce mystère en examinant en profondeur les empreintes génétiques de plusieurs espèces de cnidaires, le phylum qui comprend les méduses, les coraux et les hydraires. Ils se sont concentrés sur un groupe spécifique d'hydraires, incluant le bien connu Hydractinia, qui vit sur les coquilles de bernacles et est réputé pour posséder un groupe de gènes étroitement regroupés dédié à cette tâche de reconnaissance de soi. Ce groupe, appelé complexe d'alloréconnaissance, avait été cartographié précédemment chez Hydractinia, mais il restait incertain de savoir si cet agencement génétique était une particularité propre à cette seule espèce ou une caractéristique partagée par l'ensemble de ce groupe animal. Pour le découvrir, les chercheurs se sont tournés vers un nouvel outil puissant qui permet aux scientifiques de prédire la forme tridimensionnelle des protéines à partir de leur seule séquence génétique. En comparant les formes de ces protéines à travers différentes espèces, ils pouvaient voir des connexions qui étaient invisibles en observant uniquement le code génétique.
Les chercheurs ont examiné les génomes de plusieurs espèces distinctes de cnidaires, notamment l'hydrozoaire Podocoryna, le polype d'eau douce Hydra et l'anémone de mer Nematostella. À l'aide de modélisations informatiques avancées, ils ont généré des prédictions structurelles pour des milliers de protéines afin de voir si certaines correspondaient à la forme unique des protéines d'alloréconnaissance connues. Leur recherche a révélé que ces gènes de reconnaissance ne sont pas l'apanage de Hydractinia. Au contraire, ils ont trouvé la preuve d'un groupe de gènes similaires et étroitement liés chez Podocoryna, Hydra et Nematostella. Dans chacune de ces espèces, les gènes responsables de l'auto-reconnaissance ont été trouvés regroupés sur le même chromosome, occupant une position qui correspond à l'emplacement du complexe chez Hydractinia. Cela suggère que tout le voisinage génétique pour la reconnaissance du soi par rapport au non-soi a été hérité d'un ancêtre commun qui vivait bien avant la divergence de ces différentes lignées animales.
Cependant, l'histoire n'est pas celle d'une répétition parfaite et immuable. Bien que l'emplacement général de ces gènes soit resté constant à travers les espèces, le nombre spécifique de gènes et leur ordre exact varient considérablement. Par exemple, le génome de Podocoryna contenait vingt-deux de ces gènes candidats répartis sur une portion d'ADN d'environ 18 millions de paires de bases, tandis que Hydra n'en possédait que dix dans une région similaire. Les chercheurs ont noté que les espèces ayant un mode de vie de nageur libre, comme le stade méduse de Podocryna, semblaient posséder moins de ces gènes par rapport au Hydractinia, strictement colonial et stationnaire. Cette différence suggère que la pression pour maintenir une vaste bibliothèque de gènes de reconnaissance est la plus forte pour les animaux qui sont cloués sur place et qui luttent constamment pour l'espace avec leurs voisins. Lorsqu'un animal peut s'éloigner de l'un ou l'autre conflit en nageant, le besoin évolutif pour un système génétique aussi complexe et diversifié peut s'atténuer, permettant la perte de certains de ces gènes au fil du temps.
L'étude a également utilisé ces prédictions structurelles pour construire un arbre généalogique des protéines elles-mêmes. L'analyse a montré que les protéines de Podocoryna et Hydractinia sont plus étroitement liées entre elles qu'avec d'autres groupes, suggérant qu'une expansion spécifique de ces gènes s'est produite chez l'ancêtre de ces deux espèces. Malgré les différences de nombre de gènes et d'agencement, la structure de base des protéines est restée remarquablement stable. Même si les séquences génétiques avaient suffisamment changé pour être difficiles à reconnaître par les méthodes standards, les formes tridimensionnelles des protéines sont restées cohérentes, préservant la capacité à remplir leur fonction critique. Cette découverte renforce l'idée que la structure d'une protéine est souvent plus durable que le code génétique qui la crée, permettant aux scientifiques de retracer des lignées évolutives qui seraient autrement perdues dans le temps.
En fin de compte, ce travail offre une image plus claire de la manière dont les systèmes immunitaires des animaux complexes auraient pu apparaître. En démontrant qu'un système complexe et regroupé d'alloréconnaissance existait chez les ancêtres des cnidaires modernes, l'étude suggère que les éléments constitutifs du système immunitaire humain sont bien plus anciens et plus répandus qu'on ne le pensait auparavant. Les chercheurs proposent que la capacité de distinguer le soi du non-soi à l'aide de ces types spécifiques de protéines est un trait profond et partagé à travers le règne animal, plutôt qu'une invention récente des vertébrés. Bien que la relation exacte entre ces gènes anciens de cnidaires et le système immunitaire humain soit encore explorée, la découverte de ce complexe génétique conservé offre une pièce cruciale du puzzle, pointant vers une origine évolutive commune pour les manières dont les animaux se protègent du monde extérieur.
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