Slime est partout. Il façonne la consistance de vos fluides corporels, de la salive dans votre bouche à la glu qui recouvre vos organes. Il vous protège contre les agents pathogènes, y compris coronavirustout en créant une maison dans votre bouche pour des milliards de bonnes bactéries. Cela aide les limaces à avoir le sexe de Spiderman accroché aux murs, myxine transformer l’eau en goo en expansion rapide, lamproies filtrer leur nourriture et martinets construire des nids.
Mais si le slime est essentiel à toutes les formes de vie complexes, ses origines évolutives sont restées obscures.
je suis un généticien de l’évolution qui étudie l’évolution des humains et de leurs génomes. Avec mes collègues, dont mon collaborateur de longue date Stefan Rühl et mon élève Petar Pajicnous avons abordé ce casse-tête évolutif dans notre article récemment publié. Nous avons commencé par examiner comment la boue salivaire est fabriquée chez différentes espèces. Ce que nous avons découvert, c’est que le slime ouvre une fenêtre sur le rôle que joue l’ADN répétitif dans les mystères de l’évolution.
Que sont les mucines ?
Le slime est composé de protéines appelées mucines, qui sont des vaisseaux pour les molécules de sucre. Ces sucres sont les principaux maîtres d’œuvre pour rendre les choses visqueuses.
Contrairement à d’autres protéines, qui ont généralement des formes 3D complexes, les mucines prennent souvent la forme de longues tiges rigides. Les molécules de sucre sont attachées le long des tiges, créant des structures complexes en forme de brosse.
Ce partenariat entre les éléments constitutifs des protéines et les sucres qui leur sont liés, répété à l’infini, est essentiel aux propriétés des mucines. Ces structures peuvent coller à d’autres mucines et microbes, modifiant les propriétés physiques des fluides qui les entourent en une substance collante et visqueuse.
L’évolution de la boue
Malgré les propriétés remarquables des mucines et leur rôle essentiel en biologie, leur évolution échappe aux scientifiques.
Pour commencer à comprendre les origines évolutives des mucines, mes collègues et moi avons commencé par rechercher des ancêtres génétiques communs pour les mucines parmi 49 espèces de mammifères. Après tout, l’évolution souvent bricoleurs mais rarement invente. Le moyen le plus simple pour un nouveau gène d’évoluer est de copier et coller une copie existante et apporter de petites modifications à la nouvelle copie pour l’adapter aux circonstances environnementales. Les chances qu’une espèce invente indépendamment une mucine complexe à partir de zéro sont astronomiquement faibles. Notre équipe de recherche était convaincue que copier et coller des gènes de mucine existants qui s’adaptent ensuite aux besoins d’une espèce particulière était le principal moteur de l’évolution de la mucine.
Mais nos hypothèses initiales se sont révélées incomplètes. Copier et coller des gènes de mucine dans un génome devrait conduire à des gènes filles qui présentent des similitudes les uns avec les autres. Même si certaines mucines correspondaient à nos critères, une étude précédente a passé en revue tous les gènes connus codant pour les mucines chez les humains et a trouvé un certain nombre de mucines « orphelines » qui n’appartiennent à aucune famille de gènes. Ils existent seuls dans le vaste paysage du génome humain.
Nous nous sommes ensuite concentrés sur la recherche de tels gènes orphelins dans les génomes de dizaines d’espèces dans des bases de données génétiques. Nous avons trouvé 15 cas de nouveaux gènes de mucine qui ont évolué chez différents mammifères, sans aucun lien avec des gènes de mucine connus.
Une enquête plus approfondie, cependant, a révélé que ces gènes de mucine avaient des parents après tout. Ils partagent l’ascendance avec d’autres protéines en forme de tige riche en acide aminé prolinequi sont couramment trouvé dans la salive. Ces protéines riches en proline, cependant, n’ont pas les structures protéiques répétitives clés qui aident les mucines à se lier aux molécules de sucre.
Nous avons émis l’hypothèse que ces protéines riches en proline pourraient subir une « mucinisation » en ajoutant à plusieurs reprises des protéines qui se lient aux molécules de sucre, appelées glycoprotéines. Pour tester cela, nous avons comparé les séquences de gènes codant pour des mucines et de gènes codant pour des protéines riches en proline chez différents mammifères, dont l’homme. Nous avons constaté que les séquences étaient très similaires. La seule différence était la présence de segments répétés de glycoprotéines dans les mucines. Cela signifiait que certaines protéines pouvaient être transformées en mucines simplement en ajoutant des copies de ces segments répétés.
ADN répétitif et évolution
Nos découvertes révèlent la diversité des mucines dans toute une manière de créatures, ouvrant une vue sur le terrain de jeu visqueux de l’adaptation de l’évolution.
Les chercheurs ignorent souvent les séquences génétiques répétitives car elles se produisent rarement dans les gènes qui codent pour les protéines qui remplissent de nombreuses fonctions biologiques dans les cellules. Mais dans le cas des mucines, la création de séquences répétées à partir de zéro s’avère être un moteur majeur de leur évolution. Notre travaux antérieurs chez les primates suggère que le nombre de segments répétés de liaison au sucre dans une mucine donnée peut être le facteur qui détermine ses différences par rapport aux autres.
Il est possible que l’ajout de séquences génétiques répétitives façonne également discrètement d’autres fonctions à travers le génome. En effet, une telle répétitions en tandem sont un type courant de mutation dans le génome humain, et des études récentes allusion à leur rôle non découvert dans la variation biologique entre les personnes.
Mucines et santé humaine
Comprendre le fonctionnement des mucines aidera également les chercheurs à mieux comprendre un certain nombre de maladies.
Lorsque les mucines ne fonctionnent pas correctement, cela peut entraîner des maladies. Les personnes avec un dysfonctionnement Gène CFTR développer fibrose kystique, où leur corps est incapable d’éliminer le mucus de leurs poumons et rend la respiration difficile. Le dysfonctionnement de la régulation de la mucine est également lié au développement du cancer.
Bien que cela ne soit pas évident, vous avez probablement un lien personnel avec les mucines. Il y a deux ans, j’ai rendu visite à ma mère après son diagnostic de cancer. La pluie venait de cesser et les rues d’Istanbul devenaient un village animé d’escargots d’une taille déconcertante. Au cours d’une petite promenade avec ma mère, j’ai ramassé un de ces escargots avec fascination, à sa grande horreur.
Je n’ai pas eu le cœur de lui dire que le mécanisme biologique qui permet à ces créatures impressionnantes de se déplacer était le même que celui qui faisait croître la tumeur dans ses poumons. Cela m’a rappelé les mots du scientifique Michael Faraday : « Peu importe ce que vous regardez, si vous le regardez d’assez près, vous êtes impliqué dans l’univers entier. »
Cet article est republié de La conversation sous licence Creative Commons. Lis le article original.