Coupe transversale à travers un tentacule d’une anémone de mer transgénique montrant les produits de différenciation de la population de cellules SoxC (magenta) et des muscles rétracteurs (jaune). Crédit : Andreas Denner
Chez les anémones de mer, des gènes hautement conservés garantissent la différenciation tout au long de la vie des neurones et des cellules glandulaires.
Les anémones de mer sont des animaux apparemment immortels. Ils semblent être immunisés contre le vieillissement et les impacts négatifs que les humains subissent au fil du temps. Cependant, les raisons exactes de leur jeunesse éternelle ne sont pas complètement comprises.
L’empreinte génétique de l’anémone de mer Nematostella vectensis révèle que les membres de ce phylum animal incroyablement ancien utilisent les mêmes cascades de gènes pour la différenciation des cellules neurales que des organismes plus complexes. Ces gènes sont également chargés de maintenir l’équilibre de toutes les cellules de l’organisme durant la vie de l’anémone. Ces résultats ont été récemment publiés dans la revue Rapports de cellule par un groupe de biologistes du développement dirigé par Ulrich Technau du Université de Vienne.
Presque tous les organismes animaux sont constitués de millions, voire de milliards, de cellules qui se rejoignent de manière complexe pour créer des tissus et des organes spécifiques, qui sont constitués d’une gamme de types de cellules, comme une variété de neurones et de cellules glandulaires. Cependant, on ne sait pas comment cet équilibre critique de divers types de cellules émerge, comment il est régulé et si les différents types de cellules de différents organismes animaux ont une origine commune.
Coupe longitudinale optique d’une anémone de mer avec des cellules neuronales transgéniques nanos1 (rouge) dans les deux couches cellulaires. Les muscles sont colorés en vert, les noyaux cellulaires en bleu. Crédit : Andreas Denner
L’empreinte digitale unicellulaire conduit à des ancêtres communs
Le groupe de recherche, dirigé par le biologiste du développement évolutionniste Ulrich Technau, qui est également à la tête de la plateforme de recherche Single Cell Regulation of Stem Cells (SinCeReSt) à l’Université de Vienne, a déchiffré la diversité et l’évolution de tous les types de cellules nerveuses et glandulaires et leurs origines du développement chez l’anémone de mer Nematostella vectensis.
Pour y parvenir, ils ont utilisé la transcriptomique unicellulaire, une méthode qui a révolutionné la biomédecine et la biologie évolutive au cours de la dernière décennie.
“Avec cela, des organismes entiers peuvent être résolus en cellules uniques – et l’intégralité de tous les gènes actuellement exprimés dans chaque cellule individuelle peut être décodée. Différents types de cellules diffèrent fondamentalement par les gènes qu’ils expriment. Par conséquent, la transcriptomique unicellulaire peut être utilisée pour déterminer l’empreinte moléculaire de chaque cellule individuelle », explique Julia Steger, la première auteure de la publication actuelle.
Dans l’étude, les cellules avec une empreinte digitale qui se chevauchent ont été regroupées. Cela a permis aux scientifiques de distinguer des types de cellules définis ou des cellules à des stades transitoires de développement, chacune avec des combinaisons d’expression uniques. Cela a également permis aux chercheurs d’identifier les populations communes de cellules progénitrices et souches des différents tissus.
À leur grande surprise, ils ont découvert que contrairement aux hypothèses antérieures, les neurones, les cellules glandulaires et d’autres cellules sensorielles proviennent d’une population progénitrice commune, ce qui pourrait être vérifié par marquage génétique chez les animaux vivants. Étant donné que certaines cellules glandulaires dotées de fonctions neuronales sont également connues chez les vertébrés, cela pourrait indiquer une relation évolutive très ancienne entre les cellules glandulaires et les neurones.
Gènes anciens constamment utilisés
Un gène joue un rôle particulier dans le développement de ces cellules ancêtre communes. SoxC est exprimé dans toutes les cellules précurseurs des neurones, des cellules glandulaires et des cnidocytes et est essentiel à la formation de tous ces types de cellules, comme les auteurs ont également pu le montrer dans des expériences de knock-out.
« Fait intéressant, ce gène n’est pas étranger : il joue également un rôle important dans la formation du système nerveux chez l’homme et de nombreux autres animaux, ce qui, avec d’autres données, montre que ces mécanismes de régulation clés de la différenciation des cellules nerveuses semblent être conservés. à travers le règne animal », explique Technau.
En comparant différentes étapes de la vie, les auteurs ont également constaté que chez les anémones de mer, les processus génétiques de développement des neurones sont maintenus de l’embryon à l’organisme adulte, contribuant ainsi à l’équilibre des neurones tout au long de la vie de l’anémone. Nematostella Vectensis.
Ceci est remarquable car, contrairement aux humains, les anémones de mer peuvent remplacer les neurones manquants ou endommagés tout au long de leur vie. Pour les recherches futures, cela soulève la question de savoir comment l’anémone de mer parvient à maintenir ces mécanismes, qui dans des organismes plus complexes ne se produisent qu’au stade embryonnaire, dans l’organisme adulte de manière contrôlée.
Référence : “La transcriptomique unicellulaire identifie les régulateurs conservés des lignées neuroglandulaires” par Julia Steger, Alison G. Cole, Andreas Denner, Tatiana Lebedeva, Grigory Genikhovich, Alexander Ries, Robert Reischl, Elisabeth Taudes, Mark Lassnig et Ulrich Technau, 20 septembre 2022 , Rapports de cellule.
DOI : 10.1016/j.celrep.2022.111370
