A duplicated Hedgehog ligand and a duplicated Patched receptor show different constraint and genomic context in land snails and slugs
Cette étude révèle que chez les escargots et les limaces terrestres, les gènes du ligand Hedgehog et du récepteur Patched dupliqués présentent des trajectoires évolutives distinctes, les copies de Hedgehog subissant une contrainte relâchée et une divergence rapide dans un domaine spécifique, tandis que les copies de Patched restent fortement conservées et synténiques, soulignant que les inventaires basés sur le protéome peuvent sous-estimer le nombre de copies de gènes.
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 des cellules de presque tous les animaux, des mouches à fruits aux humains, circule une ligne de communication courte mais vitale connue sous le nom de voie de signalisation Hedgehog. Considérez cela comme un interrupteur simple en trois parties qui indique aux tissus en croissance comment s'organiser. Une protéine messagère, le ligand Hedgehog, voyage vers un récepteur sur une cellule voisine appelé Patched. Lorsque le messager arrive, il déverrouille le récepteur, qui arrête alors de bloquer une troisième protéine, Smoothened, permettant ainsi à un signal de passer vers le noyau de la cellule pour diriger le développement. Parce que ce système repose sur des quantités précises de chaque partie travaillant ensemble, les scientifiques se sont longtemps demandé ce qui se passe lorsque les instructions génétiques de ces parties sont accidentellement copiées. La cellule garde-t-elle les deux copies, ou en rejette-t-elle une ? Et si elle garde les deux, continuent-elles à fonctionner exactement de la même manière, ou s'en éloignent-elles ?
Dans une nouvelle étude, des chercheurs ont porté leur attention sur les escargots et les limaces terrestres pour observer ce processus en action. Ces créatures sont particulièrement intéressantes car leur histoire évolutive peut inclure un événement massif où l'ensemble de leurs chromosomes a été dupliqué, leur donnant effectivement le double de matériel génétique. Si cela s'était produit, les escargots auraient deux copies de chaque gène de la voie Hedgehog. La question était de savoir si ces copies supplémentaires se comporteraient comme des jumeaux, restant identiques et contraintes, ou si elles prendraient des chemins différents, l'une changeant rapidement tandis que l'autre resterait la même.
Les chercheurs ont examiné les empreintes génétiques de onze espèces différentes d'escargots et de limaces terrestres. Ils ont découvert que pour le récepteur, Patched, l'histoire était celle de la stabilité. Les deux copies du gène Patched sont restées dans chaque espèce, et les deux copies étaient soumises à une pression évolutive stricte pour rester exactement telles qu'elles étaient. Elles n'avaient pas beaucoup changé au fil du temps. De plus, lorsque les scientifiques ont regardé l'emplacement physique de ces gènes sur les chromosomes, ils ont constaté que les deux copies de Patched reposaient sur une paire de chromosomes qui étaient clairement apparentés, comme deux pages arrachées du même livre. Le voisinage de gènes environnant sur ces chromosomes était également largement préservé, suggérant que ces copies étaient le résultat d'un événement de duplication à grande échelle qui avait maintenu intact le paysage génétique local.
Le messager Hedgehog racontait une histoire très différente. Comme le récepteur, les escargots conservaient également deux copies du gène Hedgehog. Cependant, ces deux copies n'étaient pas égales. Une copie restait sous un contrôle strict, évoluant lentement, tout comme les gènes Patched. L'autre copie, cependant, était autorisée à changer. Elle accumulait des mutations beaucoup plus rapidement, son code génétique s'éloignant de l'original à un rythme presque deux fois plus rapide que celui de son partenaire. Cette copie évoluant plus rapidement avait également une structure plus courte, avec moins d'ADN non codant séparant ses parties fonctionnelles. Lorsque les chercheurs ont examiné attentivement la structure de la protéine, ils ont vu que les changements n'étaient pas aléatoires ; ils étaient concentrés dans une région spécifique à l'extrémité de la protéine, suggérant que cette partie de la molécule était libre d'expérimenter de nouvelles formes pendant que le reste du système demeurait stable.
Peut-être plus surprenant encore, l'emplacement physique de ces deux copies de Hedgehog ne montrait pas la même relation claire que les copies de Patched. Bien que les deux gènes Hedgehog se trouvent toujours sur des chromosomes qui présentaient certains signes d'appartenance, la connexion était beaucoup plus faible. Les gènes environnants s'étaient mélangés et modifiés de telle sorte que le quartier d'origine avait largement disparu. Cela suggère que, bien que les deux copies de Hedgehog aient pu débuter sur les mêmes chromosomes dupliqués que les copies de Patched, la zone autour du gène Hedgehog a connu une histoire de changement beaucoup plus rapide et chaotique, effaçant la carte claire qui reste visible autour des gènes Patched.
L'étude a également mis au jour un problème caché dans la façon dont les scientifiques comptent les gènes. Lorsque les chercheurs ont examiné directement les données génétiques brutes, ils ont constaté que des programmes informatiques précédents avaient manqué des gènes ou divisé un seul gène en deux faux gènes dans plusieurs espèces. Par exemple, une espèce était supposée n'avoir qu'une seule copie d'un gène appelé Gli, mais un examen plus approfondi de l'ADN a révélé une seconde copie, partiellement brisée, que l'ordinateur avait manquée. Une autre espèce semblait ne posséder aucun gène Hedgehog dans sa liste de protéines, pourtant l'ADN montrait deux copies complètes. Ces erreurs soulignent que compter simplement les protéines ne suffit pas ; il faut regarder le code génétique brut pour voir l'image complète.
Les conclusions dressent un portrait clair de la manière dont l'évolution gère le matériel génétique supplémentaire. Même au sein d'un même petit groupe de gènes travaillant ensemble, différentes parties peuvent suivre des règles complètement différentes. Le récepteur est resté serré et inchangé, le messager s'est divisé en une version stable et une autre libre de changer, et la protéine de transduction est restée une copie unique dans chaque espèce examinée. Cela montre que le destin d'un gène dupliqué n'est pas décidé par l'événement de duplication lui-même, mais par le rôle spécifique que joue le gène dans la cellule. Certaines parties du système sont trop importantes pour risquer le changement, tandis que d'autres sont données la liberté d'évoluer et d'explorer de nouvelles possibilités.
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