Une nageoire peut-elle devenir un membre? Des mutations uniques provoquent la transformation des nageoires de poisson zèbre en structures complexes ressemblant à des membres –

  • FrançaisFrançais



  • La transition nageoire-membre est une icône des transformations évolutives clés. De nombreuses études se concentrent sur la compréhension de l’évolution de la nageoire simple en un squelette de membre compliqué en examinant les archives fossiles. Dans un article publié le 4 février dans Cellule, des chercheurs de Harvard et de l’hôpital pour enfants de Boston ont examiné ce qui se passe au niveau génétique pour entraîner différents modèles dans le squelette des nageoires par rapport au squelette des membres.

    Les chercheurs, dirigés par M. Brent Hawkins, un récent doctorant au Département de biologie organique et évolutive, ont effectué des criblages génétiques avancés chez le poisson zèbre à la recherche de mutations qui affectent le squelette des nageoires. Contrairement aux membres tétrapodes, qui ont des squelettes complexes avec de nombreux os qui s’articulent à de nombreuses articulations, les nageoires pectorales du poisson zèbre ont un endosquelette simple qui manque d’articulations. À leur grande surprise, Hawkins et ses collègues ont trouvé des mutants qui ont modifié leurs nageoires en un motif plus semblable à un membre en ajoutant de nouveaux os, avec des muscles et des articulations. Ces résultats révèlent que la capacité de former des structures semblables à des membres était présente chez l’ancêtre commun des tétrapodes et des poissons téléostéens et a été maintenue dans un état latent qui peut être activé par des changements génétiques.

    «Nous examinons certaines des aberrations du développement et nous demandons si elles peuvent nous informer des processus sous-jacents à certains de ces grands changements d’évolution», a déclaré l’auteur principal Matthew P. Harris, professeur agrégé de génétique à la Harvard Medical School and Orthopedic Recherche au Boston Children’s Hospital. «Et quand vous voyez quelque chose qui ne devrait pas être là, jamais, je veux dire 400 millions d’années de jamais, c’est une découverte majeure.

    Le poisson zèbre appartient à la lignée téléostéenne des poissons à nageoires rayonnées. Les téléostéens sont une lignée diversifiée d’environ 30 000 espèces qui comprend le poisson rouge, le saumon, l’anguille, la plie, le poisson-clown, le poisson-globe, le poisson-chat et le poisson zèbre. Il y a plus d’espèces téléostiques que toutes les espèces d’oiseaux, de mammifères, de reptiles et d’amphibiens réunis. Pourtant, malgré le grand nombre d’espèces et la vaste gamme de formes, de tailles et d’habitats, la nageoire pectorale des téléostéens est étonnamment simple et inchangée.

    La transition nageoire-membre dans la lignée tétrapode a modifié et élaboré la nageoire ancestrale pour inclure de nombreux os qui s’articulent bout à bout. Du même état de départ ancestral, les ailerons téléostéens ont été réduits et simplifiés, de sorte qu’il n’y a pas d’articulation bout à bout, seulement la disposition côte à côte des radiales proximales. Cette structure a permis aux chercheurs de déterminer quels aspects du développement sont uniquement des membres et quelles caractéristiques sont communes aux nageoires et aux membres téléostéens et tétrapodes.

    Le co-auteur de l’étude, Katrin Henke, du Boston Children’s Hospital, a effectué des criblages génétiques avancés pour muter l’ADN au hasard et identifier les gènes qui contrôlent la formation du squelette des nageoires. Lorsqu’une mutation a provoqué des changements intéressants dans le squelette du poisson zèbre, les chercheurs ont ensuite travaillé à rebours pour cartographier génétiquement la mutation et déterminer quels gènes étaient affectés. Dans ce cas, ils ont découvert que des mutations dans les gènes waslb et vav2 provoquent le phénotype des nageoires. Ce fut une découverte surprenante car ces gènes n’étaient pas connus auparavant pour jouer un rôle dans la structuration du corps.

    “C’était une grande question de savoir comment waslb et vav2 changeaient la configuration des ailerons”, a déclaré Hawkins. “Ces gènes n’étaient connus pour interagir avec aucune des voies très bien caractérisées qui guident le développement des membres. Cependant, nous avons constaté que ces mutations provoquent une augmentation de l’expression du gène hoxa11b. Ce gène est très excitant car les gènes Hox sont en partie responsable du modelage de la colonne vertébrale ainsi que des régions du membre. Et les gènes Hox11 en particulier sont nécessaires pour fabriquer l’avant-bras. “

    Les chercheurs ont utilisé une approche avancée CRISPR knock-in et ont inséré un marqueur dans le génome qui montre où un gène particulier est actif. Ils ont remplacé le gène hoxa11b par une protéine fluorescente rouge, et les cellules qui expriment hoxa11b brillent en rouge. Cet outil leur a permis de déterminer que les mutants augmentent l’expression de hoxa11b pour former les nouveaux os.

    L’analyse histologique a révélé que les nouveaux os avaient une fixation musculaire, ce qui se produit largement dans les os des membres, mais pas dans la nageoire. Chez les poissons téléostéens, il n’y a pas de muscles attachés aux os. Au lieu de cela, les os fournissent un support intermédiaire dans la nageoire et les muscles s’étendent directement de l’épaule vers les rayons de la nageoire osseuse, en contournant les os tous ensemble. Les nouveaux os sont entièrement intégrés dans la nageoire, avec des articulations pour l’articulation et la fixation aux muscles des nageoires.

    Beaucoup de travail a été fait dans le domaine du développement des membres et il permet de bien comprendre quels gènes sont présents et nécessaires pour former le membre. Dans cette étude, cependant, les chercheurs ont inversé les approches traditionnelles en se concentrant sur la petite nageoire de poisson zèbre simple et en demandant quels changements génétiques pourraient élaborer l’appendice et augmenter sa complexité. «Avant cela, il n’y avait aucun exemple où nous avons des gènes ou des mutations qui élaborent réellement la structure et la rendent encore plus compliquée», a déclaré Hawkins. “Même dans le cas des membres, nous savons seulement comment rendre un membre plus petit ou moins complexe, mais nous n’avions aucune information sur la façon d’ajouter des éléments à une nageoire ou à un membre.”

    “C’était également très surprenant”, a confirmé Harris. “Nous n’avions pas d’exemples expérimentaux difficiles où vous preniez un gène, le montiez, le faisiez fonctionner plus et obteniez une structure mature plus complexe à la fin. Dans nos résultats, nous avons en fait trouvé certains des cadrans qui peuvent améliorer les voies génétiques obtenir une structure plus compliquée à la fin. “

    Auparavant, d’autres chercheurs ont supprimé les gènes Hox11 chez la souris et ont constaté que cela empêchait le radius et le cubitus de se former complètement. “Étant donné que les nouveaux os de notre mutant et l’avant-bras du membre sont situés dans la partie médiane de l’appendice, notre résultat suggère que les nageoires et les membres utilisent tous deux des signaux Hox11 pour spécifier cette région”, a déclaré Hawkins.

    Cette découverte correspond également bien à une autre découverte récente selon laquelle les gènes Hox13 sont nécessaires pour former les régions distales des nageoires et des membres. Au total, ces découvertes révèlent que l’appendice Hox code était probablement présent dans l’ancêtre commun des tétrapodes et des poissons téléostéens et n’est pas spécifique à la lignée tétrapode.

    Cette étude montre que les nageoires et les membres utilisent les mêmes mécanismes génétiques pour spécifier la partie médiane de l’appendice. À l’avenir, Hawkins espère explorer la question, les nageoires et les membres font-ils de la même manière d’autres régions d’appendices?

    “Il y a encore de l’humérus dans le membre et nous ne savons pas quelle est la partie correspondante de la nageoire pour cela, en termes de besoins génétiques”, a déclaré Hawkins. “Nous savons qu’il existe des signaux proximaux qui déterminent où l’humérus doit aller, mais nous ne savons pas si les poissons utilisent ces signaux ou non. Nous voulons savoir dans un sens développemental comment ces signaux sont apparus dans les membres et si ces signaux sont présents. sous une forme ou une autre dans les nageoires du poisson. Et nous espérons pouvoir remplir la correspondance entre les nageoires et les membres. “

    N'oubliez pas de voter pour cet article !
    1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (No Ratings Yet)
    Loading...

    Laisser un commentaire

    Votre adresse e-mail ne sera pas publiée.