Recoder leurs protéines peut aider les pieuvres à s’adapter aux changements de température
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Les pieuvres peuvent s’adapter aux changements de température en modifiant leur code génétique pour modifier les protéines fabriquées dans leurs cellules nerveuses.
Des recherches antérieures ont établi que les céphalopodes, tels que les calmars et les poulpes, possèdent un capacité inégalée à éditer leur ARN. Ces molécules “messagères” transportent une copie des instructions génétiques de l’ADN vers les parties de la cellule où les protéines sont fabriquées. Mais on ne savait pas pourquoi les animaux faisaient cela ou quels effets cela avait.
Josué Rosenthal au laboratoire de biologie marine de Woods Hole, Massachusetts, et ses collègues ont testé comment les pieuvres à deux points de Californie (Octopus bimaculoïdes) a réagi aux changements de température de l’eau dans les réservoirs.
Ils ont progressivement déplacé la température à environ 13°C (55°F) pour un groupe et 22°C (72°F) pour un autre groupe. Les pieuvres du réservoir le plus froid ont apporté plus de 13 000 modifications à leur ARN, ce qui a entraîné des changements dans les protéines résultantes.
“Il est tentant de penser qu’ils font cela pour s’acclimater à un environnement modifié et c’est là que nous montrons qu’ils peuvent le faire, au moins à une condition environnementale, qui est la température”, explique Rosenthal.
De nombreux animaux, y compris les humains, ont des enzymes qui peuvent échanger des lettres dans l’ARN pour modifier ces instructions. Cependant, pour la majorité des animaux, la plupart des modifications ont lieu dans l’ARN non codant, c’est-à-dire l’ARN qui n’est pas traduit en protéine. Ces modifications peuvent encore être utile à d’autres égards; par exemple, ils peuvent affecter la façon dont les cellules de notre système immunitaire se développent ou s’activent.
“Ce qui est intéressant avec les céphalopodes, c’est qu’ils recodent les protéines dans une ampleur beaucoup plus élevée que toute autre espèce ou toute autre famille d’animaux que nous connaissons”, explique C’est-à-dire Eisenberg à l’Université de Tel Aviv en Israël, qui a également travaillé sur l’étude. Il dit que la raison de cela n’est pas complètement connue.
Deux des protéines qui ont été modifiées de manière significative en réponse à la température étaient la kinésine-1 et la synaptotagmine, qui sont toutes deux essentielles au fonctionnement du système nerveux.
La kinésine-1 est responsable du transport de la cargaison chimique à travers de longs microtubules à l’intérieur des neurones, qui peuvent s’étendre jusqu’à un mètre de long. En voyageant, les kinésines ont l’air de marcher avec de petits pieds. L’édition de l’ARN a modifié une partie du “pied” de la kinésine où elle se connecte aux microtubules, la faisant voyager plus lentement à des températures plus basses.
La synaptotagmine se trouve au niveau des connexions entre les neurones appelés synapses, où elle détecte les niveaux de calcium et déclenche la libération de messages chimiques d’une cellule à l’autre. L’édition de l’ARN a fait que les protéines synaptotagmines ont une affinité plus faible pour le calcium à des températures plus basses.
Eisenberg dit qu’il est trop tôt pour savoir comment ces changements pourraient rendre les pieuvres mieux adaptées au froid. “Des milliers de protéines sont différentes dans le froid et le chaud, donc comprendre comment elles fonctionnent toutes de concert pour donner aux pieuvres une résistance aux changements de température est très compliqué.”
Cependant, les chercheurs pensent que l’échelle de temps à laquelle les changements se produisent suggère que ces modifications sont mieux adaptées aux différences saisonnières de température, plutôt qu’aux changements soudains, tels que ceux causés par les courants d’eau.
Jin Billy Li à l’Université de Stanford en Californie affirme que les moteurs exacts de ces changements restent un mystère. “Je pense qu’il est juste de dire que nous ne connaissons pas le mécanisme expliquant pourquoi les changements dépendant de la température se produisent.”
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