Metazoan-wide phylogenomics supports the emergence of recognisable canonical prostanoid-receptor family structure across the vertebrate transition
Cette étude phylogénomique à l'échelle des métazoaires démontre que la structure canonique en huit familles des récepteurs aux prostanoides est une innovation spécifique aux vertébrés, révélant que les homologues de non-vertébrés précédemment proposés sont en réalité des lignées de récepteurs distinctes dont la similitude apparente avec les récepteurs EP4 des vertébrés découle d'une proximité phylogénétique plutôt que d'une véritable orthologie.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA d'un preprint qui n'a pas été évalué par des pairs. Ce n'est pas un avis médical. Ne prenez pas de décisions de santé basées sur ce contenu. Lire la clause de non-responsabilité complète
À l'intérieur du corps des animaux, des plus simples éponges de mer aux humains complexes, un langage chimique sophistiqué coordonne des processus vitaux tels que l'inflammation, le flux sanguin et la reproduction. Ce langage repose sur un groupe de molécules lipidiques appelées prostanoides, qui agissent comme des messagers locaux. Pour recevoir ces messages, les cellules utilisent des protéines spécialisées enchâssées dans leurs parois externes, appelées récepteurs. Chez les vertébrés, tels que les poissons, les oiseaux et les mammifères, ces récepteurs sont organisés en huit familles distinctes, chacune étant réglée sur un type spécifique de signal proständoïde. Les scientifiques ont longtemps supposé que ce système complexe à huit familles était hérité d'ancêtres anciens, ce qui signifiait que même les créatures sans colonne vertébrale, comme les méduses ou les insectes, devraient posséder les prédécesseurs évolutifs directs de ces huit familles spécifiques.
Une nouvelle étude remet en question cette hypothèse de longue date en examinant l'histoire génétique de ces récepteurs à travers tout le règne animal. La recherche, dirigée par le chercheur indépendant Sebastiano Scibelli, visait à déterminer quand et comment la structure reconnaissable de ces huit familles de récepteurs est réellement apparue. En analysant des milliers de jeux de données génétiques provenant de centaines d'espèces animales, l'étude révèle que l'arrangement spécifique des huit familles trouvé chez les vertébrés n'est pas une caractéristique de tous les animaux, mais plutôt un développement apparu spécifiquement lors de la transition vers les vertébrés.
Le chercheur a commencé par rassembler une quantité massive de données génétiques, examinant les séquences protéiques de plus de 3 000 espèces représentant 30 groupes animaux différents. Il a comparé ces séquences à un ensemble soigneusement sélectionné de 78 récepteurs de vertébrés connus, qui servent de référence standard pour les huit familles. L'objectif était de voir si certains des animaux non vertébrés possédaient des récepteurs qui s'inséraient proprement dans ces huit catégories établies. Le chercheur a utilisé un processus rigoureux, en plusieurs étapes, pour garantir l'exactitude. Il a d'abord jeté un filet très large pour trouver toute correspondance potentielle, puis a appliqué des filtres stricts pour confirmer que les protéines possédaient la structure correcte, et enfin les a placés sur des arbres évolutifs pour voir où ils appartenaient. Cette méthode lui a permis de distinguer un récepteur qui est simplement similaire à un récepteur de vertébré d'un récepteur qui est un véritable parent évolutif.
Les résultats ont été frappants. Parmi les milliers de séquences analysées chez les animaux non vertébrés, aucune n'a pu être placée de manière définitive à l'intérieur de l'une des huit familles canoniques. Bien que beaucoup de ces récepteurs anciens soient liés au système des prostanoides de manière large, ils n'appartenaient pas aux groupes spécifiques connus sous les noms de DP1, EP1 à EP4, FP, IP ou TP. Au lieu de cela, les récepteurs des non-vertébrés formaient leurs propres lignées distinctes qui se sont ramifiées avant que les familles de vertébrés ne soient pleinement formées. Le chercheur a constaté que ces récepteurs anciens apparaissaient souvent proches d'une famille de vertébrés spécifique, EP4, mais qu'il s'agissait d'un résultat de la façon dont l'arbre évolutif était structuré, et non de la preuve qu'ils étaient de véritables ancêtres de la famille EP4. Le chercheur a démontré que cette proximité était un artefact géométrique des données plutôt qu'un signe de lignée directe.
L'étude a également abordé les recherches antérieures qui avaient identifié des récepteurs spécifiques dans les anémones de mer et les coraux comme étant des équivalents directs des récepurs EP2 et EP4 des vertébrés. En réexaminant les séquences génétiques avec des méthodes plus complètes et rigoureuses, l'auteur a constaté que ces assignations étaient incorrectes. Les séquences de l'anémone de mer étaient en effet liées au système des prostanoides mais ne correspondaient pas aux catégories spécifiques EP2 ou EP4. Plus significativement, les séquences du corail, qui avaient été étiquetées comme EP2 et EP4, étaient en fait totalement sans rapport avec la famille des récepteurs de prostanoides, appartenant plutôt à différents groupes de protéines de surface cellulaire. Cela suggère que les études antérieures, qui reposaient largement sur des recherches de similitude simples, pourraient avoir mal identifié ces protéines anciennes.
L'émergence de la structure reconnaissable des huit familles semble s'être produite progressivement à mesure que les vertébrés évoluaient. L'étude indique que la séparation claire en huit familles distinctes s'est établie lors de la transition des premiers chordés vers les vertébrés à mâchoires. Bien que certains groupes de vertébrés précoces, comme les lamproies et les mâchoires, présentaient des signes de cette structure émergente, l'arrangement complet et stable n'était pas encore achevé. Ce n'est que chez les ancêtres des vertébrés à mâchoires modernes que le système s'est solidifié en huit familles telles qu'on les voit aujourd'hui. Le chercheur a également examiné l'emplacement physique de ces gènes sur les chromosomes pour comprendre comment ils se sont multipliés. Il a découvert que, si certaines paires de récepteurs restaient proches sur le même chromosome, suggérant qu'elles avaient été créées par duplication locale, d'autres étaient dispersées, laissant présager une histoire plus complexe impliquant des duplications génomiques à grande échelle. Cependant, les données ne soutenaient pas un modèle simple où les huit familles auraient été créées simultanément par un seul événement ancien.
Ce travail change fondamentalement notre compréhension de l'évolution des systèmes de signalisation animale. Il montre que la capacité à répondre aux signaux de prostanoides est ancienne et répandue, existant sous de nombreuses formes à travers le règne animal. Cependant, le système spécifique et hautement organisé des huit familles qui définit la biologie des vertébrés est une innovation plus tardive. Les récepteurs trouvés chez les invertébrés ne sont pas des versions brisées ou incomplètes du système des vertébrés ; ils constituent un réservoir diversifié de protéines évoluant indépendamment, qui remplissaient des fonctions similaires mais suivaient un chemin évolutif différent. L'étude conclut que la complexité du système des prostanoides des vertébrés est une caractéristique unique de cette lignée, résultant d'un mélange de duplications géniques locales et d'événements génomiques plus larges, plutôt que d'une héritage direct d'un ancêtre invertébré préexistant et entièrement formé.
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