Comment des amas informes de cellules se transforment en vers qui se tortillent | La science

AUSTIN, TEXAS—Un nouveau-né a l’air incontestablement huhomme, avec les jambes, la bouche, les oreilles et les fesses en place. On ne peut pas en dire autant des étoiles de mer, des vers ou des papillons les plus jeunes : de nombreux invertébrés commencent à ne rien ressembler aux adultes qu’ils deviendront. Maintenant, les chercheurs ont surveillé les cellules larvaires d’un ver pendant le transformation à l’âge adulte, espionnant leur destin et comment leurs identités ont changé. Les travaux, rapportés plus tôt ce mois-ci lors de la réunion annuelle de la Society for Integrative and Comparative Biology ici, fournissent certains des premiers indices clairs cellule par cellule sur ce qui se passe lors de ces changements radicaux de la forme corporelle.

“Nous commençons à comprendre comment une larve produit un plan corporel adulte”, explique Christina Zakas, biologiste de l’évolution à la North Carolina State University (NCSU) qui n’a pas participé aux travaux. La dépendance de l’étude à une technique sophistiquée pour suivre l’activité des gènes dans des cellules individuelles est également une étape importante. À ce jour, la plupart des analyses unicellulaires se sont concentrées sur des animaux «modèles» bien étudiés tels que la mouche des fruits, la souris ou le poisson zèbre. “Que [the author] faire fonctionner cette nouvelle technologie sur quelque chose qui n’était pas un organisme modèle était tout simplement époustouflant », déclare Greg Rouse, biologiste marin à la Scripps Institution of Oceanography qui n’a pas participé aux travaux. Le travail pourrait inspirer d’autres biologistes à étudier leur propre métamorphose préférée au niveau des cellules individuelles, dit-il.

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Les invertébrés subissent plusieurs types de transformations de la larve à l’adulte. Les chenilles deviennent des papillons grâce à un processus bien connu appelé métamorphose catastrophique, dans lequel un petit groupe de cellules qui étaient en sommeil en thLa larve se multiplie et se diversifie en adulte, laissant derrière elle le corps larvaire mort. Mais Paul Bump, aujourd’hui boursier postdoctoral à l’Université de Harvard, voulait savoir ce qui se passe chez les espèces dépourvues d’un tel groupe de cellules.

Bump, qui était alors un étudiant diplômé de l’Université de Stanford travaillant avec le biologiste évolutionniste Christopher Lowe, s’est concentré sur le ver au cœur brisé de Californie (Schizocardium californicum), un ver marin trouvé dans les vasières de Californie. L’adulte de 30 centimètres de long est issu d’une larve qui n’est guère plus qu’une goutte de la taille d’une graine de sésame avec une tache oculaire à une extrémité et une bande de cils autour de son corps. Plusieurs mois après le début de la vie, en seulement 48 heures environ, la larve se transforme en un minuscule ver juvénile avec des pièces buccales bombées, une section médiane épaissie et un corps long et sinueux.

Le ver au cœur brisé de Californie adulte peut mesurer 30 centimètres et ne ressemble en rien à la larve de la taille d’une graine de sésame.P. GONZALEZ ET AL., BIOLOGIE ACTUELLE (2016) 10.10.16/J.CUB.2016.10.047

Pour suivre ce qui arrive aux cellules de la larve lors de sa transition vers l’âge adulte, Bump et ses collègues ont d’abord séquencé le génome du ver et ont découvert comment démêler les cellules individuelles. Il a mesuré l’activité des gènes dans des cellules isolées de larves à différents stades de métamorphose et du ver juvénile. À l’aide de ces résultats, il a regroupé les cellules larvaires et juvéniles en différents types : cellules nerveuses, cellules musculaires, etc. Il a également attaché des étiquettes à l’ADN à différents moments afin qu’il puisse voir où il – et la cellule qui le contient – s’est enroulé au fur et à mesure de la métamorphose.

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La méthode pourrait même identifier les cellules qui se sont formées lors de la métamorphose. Le protocole est “une nouvelle façon de poser des questions sur l’identité des cellules”, explique Caroline Albertin, biologiste du développement au Laboratoire de biologie marine qui n’a pas participé aux travaux.

Selon le type de cellule, l’une des trois choses s’est produite. Les cellules musculaires et certains autres types de cellules ont survécu à la transformation avec peu de changement. D’autres cellules larvaires, dont quelques cellules nerveuses, sont mortes et ont disparu. Mais à la surprise de Bump, de nombreuses cellules – peut-être près de la moitié, y compris d’autres cellules nerveuses et des cellules intestinales – semblaient traîner mais ont changé leur répertoire de gènes actifs, assumant des rôles différents chez l’adulte. “Ce qu’est une cellule, et ce dont elle est capable, est plus flexible que nous ne l’avions apprécié auparavant”, a-t-il déclaré lors de la réunion. “Il semble qu’il existe différents types de cellules à différents stades de développement”, explique Jose Aguilar, un biologiste de l’évolution au NCSU qui espère utiliser la technique unicellulaire dans ses propres travaux sur d’autres vers.

Bump a également noté des indices sur les racines évolutives de la métamorphose. À peu près au moment où la larve du ver a commencé sa transformation, de nombreuses cellules ont commencé à produire une enzyme qui, chez les insectes, aide à activer une molécule appelée hormone juvénile. Le ver semble fabriquer une hormone apparentée, a rapporté Bump, et le moment suggère que l’hormone joue un rôle dans la métamorphose du ver. Parce que l’hormone juvénile est connue pour réguler la métamorphose chez les insectes, la découverte pourrait signifier que certains des mécanismes moléculaires contrôlant le processus ont évolué chez un ancêtre commun des vers et des insectes.

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Elaine Seaver, biologiste du développement à l’Université de Floride, suggère que d’autres informations pourraient être à venir. « Nous commençons à appliquer le séquençage unicellulaire à toutes sortes d’animaux. C’est un outil puissant pour en savoir plus sur l’évolution et sur les histoires de vie.

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