Les cnidocytes, ou cellules urticantes, caractéristiques des anémones de mer, des hydres, des coraux et des méduses, et qui nous font prendre soin de nos pieds lorsque nous pataugeons dans l’océan, sont également un excellent modèle pour comprendre l’émergence de nouveaux types cellulaires, selon de nouvelles Recherche Cornell.
Dans une nouvelle recherche publiée dans le Actes de l’Académie nationale des sciences le 2 mai, Leslie Babonis, professeure adjointe d’écologie et de biologie évolutive à la Faculté des arts et des sciences, a montré que ces cellules urticantes ont évolué en réaffectant un neurone hérité d’un ancêtre précnidaire.
« Ces résultats surprenants démontrent comment de nouveaux gènes acquièrent de nouvelles fonctions pour conduire l’évolution de la biodiversité », a déclaré Babonis. « Ils suggèrent que la cooptation de types de cellules ancestrales était une source importante de nouvelles fonctions cellulaires au cours de l’évolution précoce des animaux. »
Comprendre comment les types de cellules spécialisées, telles que les cellules piquantes, sont l’un des principaux défis de la biologie évolutive, a déclaré Babonis. Depuis près d’un siècle, on sait que les cnidocytes se sont développés à partir d’un pool de cellules souches qui donne également naissance à des neurones (cellules cérébrales), mais jusqu’à présent, personne ne savait comment ces cellules souches décident de fabriquer un neurone ou un cnidocyte. Comprendre ce processus chez les cnidaires vivants peut révéler des indices sur l’évolution actuelle des cnidocytes, a déclaré Babonis.
Les cnidocytes (« cnidos » est le mot grec pour « ortie »), communs aux espèces du phylum diversifié Cnidaria, peuvent lancer une barbe ou une goutte toxique ou permettre aux cnidaires d’étourdir leurs proies ou de dissuader les envahisseurs. Les cnidaires sont les seuls animaux qui ont des cnidocytes, mais beaucoup d’animaux ont des neurones, a déclaré Babonis. Elle et ses collègues du Whitney Lab for Marine Bioscience de l’Université de Floride ont donc étudié les cnidaires, en particulier les anémones de mer, pour comprendre comment un neurone pouvait être reprogrammé pour créer une nouvelle cellule.
« L’une des caractéristiques uniques des cnidocytes est qu’ils ont tous un organite explosif (une petite poche à l’intérieur de la cellule) qui contient le harpon qui jaillit pour vous piquer », a déclaré Babonis. « Ces harpons sont constitués d’une protéine que l’on ne trouve également que chez les cnidaires, de sorte que les cnidocytes semblent être l’un des exemples les plus clairs de la façon dont l’origine d’un nouveau gène (qui code une protéine unique) pourrait conduire l’évolution d’un nouveau type de cellule. . »
En utilisant la génomique fonctionnelle de l’anémone de mer starlette, Nematostella vectensis, les chercheurs ont montré que les cnidocytes se développent en désactivant l’expression d’un neuropeptide, le RFamide, dans un sous-ensemble de neurones en développement et en transformant ces cellules en cnidocytes. De plus, les chercheurs ont montré qu’un seul gène régulateur spécifique aux cnidaires est responsable à la fois de la désactivation de la fonction neurale de ces cellules et de l’activation des traits spécifiques aux cnidocytes.
Les neurones et les cnidocytes ont une forme similaire, a déclaré Babonis ; les deux sont des cellules sécrétoires capables d’éjecter quelque chose hors de la cellule. Les neurones sécrètent des neuropeptides, des protéines qui communiquent rapidement des informations aux autres cellules. Les cnidocytes sécrètent des harpons empoisonnés.
« Il y a un seul gène qui agit comme un interrupteur – quand il est allumé, vous obtenez un cnidocyte, quand il est éteint, vous obtenez un neurone », a déclaré Babonis. « C’est une logique assez simple pour contrôler l’identité des cellules. »
Il s’agit de la première étude à montrer que cette logique est en place chez un cnidaire, a déclaré Babonis, donc cette caractéristique était susceptible de réguler la façon dont les cellules sont devenues différentes les unes des autres chez les premiers animaux multicellulaires.
Babonis et son laboratoire prévoient de futures études pour déterminer dans quelle mesure cet interrupteur génétique marche/arrêt est répandu dans la création de nouveaux types de cellules chez les animaux. Un projet, par exemple, étudiera si un mécanisme similaire est à l’origine des nouvelles cellules sécrétant un squelette dans les coraux.
Leslie S. Babonis et al, Un nouveau gène régulateur favorise un nouveau destin cellulaire en supprimant le destin ancestral de l’anémone de mer Nematostella vectensis, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2113701119