Des recherches récentes ont découvert que les lamproies marines et les humains partagent un modèle génétique similaire pour le développement du cerveau postérieur, mettant en évidence le lien évolutif entre les vertébrés sans mâchoires et les vertébrés à mâchoires et soulignant le rôle de l’acide rétinoïque dans cette ancienne voie de développement.
Des scientifiques du Stowers Institute ont révélé que le développement du cerveau des lamproies marines présente des similitudes frappantes avec le développement du cerveau humain.
La lamproie marine, une créature ancienne datant de 500 millions d’années et dont la bouche ressemble à une ventouse aux dents acérées, semble tout droit sortie d’une histoire d’horreur. Des recherches récentes du Stowers Institute for Medical Research ont révélé que le cerveau postérieur, qui régit des fonctions cruciales telles que la pression artérielle et la fréquence cardiaque, chez les lamproies marines et chez les humains, est construit à l’aide d’un ensemble remarquablement similaire d’outils moléculaires et génétiques.
Recherche du laboratoire de l’enquêteur Robb Krumlauf, Ph.D., récemment publiée dans Communications naturelles offre un aperçu de l’évolution du cerveau des animaux anciens. L’équipe a découvert de manière inattendue qu’un signal moléculaire crucial est très largement nécessaire au cours du développement du cerveau postérieur des vertébrés.
« Cette étude sur le cerveau postérieur est essentiellement une fenêtre sur un passé lointain et sert de modèle pour comprendre l’évolution de la complexité », a déclaré le co-auteur Hugo Parker, Ph.D.
Les images du haut et de gauche sont des lamproies marines adultes. À droite, une image en microscopie à fluorescence d’un embryon de lamproie marine en développement. Crédit : Institut Stowers pour la recherche médicale
Caractéristiques uniques des lamproies marines
Comme les autres animaux vertébrés, les lamproies marines ont une colonne vertébrale et un squelette, mais il leur manque visiblement une caractéristique de leur tête : une mâchoire. Parce que la plupart vertébrésy compris les humains, ont des mâchoires, cette différence frappante entre les lamproies marines en fait des modèles précieux pour comprendre l’évolution des traits des vertébrés.
« Il y a environ 500 millions d’années, il y a eu une séparation à l’origine des vertébrés entre les vertébrés sans mâchoire et ceux à mâchoire », a déclaré Alice Bedois, Ph.D., ancienne chercheuse prédoctorale au laboratoire Krumlauf et auteur principal de l’étude. « Nous voulions comprendre comment le cerveau des vertébrés évoluait et s’il y avait quelque chose d’unique aux vertébrés à mâchoires qui manquait à leurs parents sans mâchoires. »
Une équipe de scientifiques du Stowers Institute a découvert que le cerveau postérieur – la partie du cerveau contrôlant les fonctions vitales comme la pression artérielle et la fréquence cardiaque – des lamproies marines et des humains est construit à l’aide d’une boîte à outils moléculaire et génétique extraordinairement similaire. Crédit : Institut Stowers pour la recherche médicale
Des travaux antérieurs du laboratoire Krumlauf et du laboratoire de Marianne Bronner, Ph.D., du California Institute of Technology, avaient identifié que les gènes structurant et subdivisant le cerveau postérieur de la lamproie marine sont identiques à ceux des vertébrés à mâchoires, y compris les humains.
Cependant, ces gènes font partie d’un réseau ou d’un circuit interconnecté qui doit être initié et dirigé pour construire correctement le cerveau postérieur. La nouvelle étude a identifié un signal moléculaire commun, bien que connu pour diriger la configuration de la tête à la queue chez une grande variété d’animaux, dans le cadre des circuits génétiques guidant la configuration du cerveau postérieur chez les lamproies marines.
« Nous avons découvert que non seulement les mêmes gènes, mais aussi le même signal, sont impliqués dans le développement du cerveau postérieur de la lamproie marine, ce qui suggère que ce processus est ancestral à tous les vertébrés », a déclaré Bedois.
Découverte du rôle de l’acide rétinoïque
Ce signal est appelé rétinoïque acidecommunément appelée vitamine A. Alors que les chercheurs savaient que l’acide rétinoïque incite les circuits génétiques à construire le cerveau postérieur de manière complexe espèces, on ne pensait pas qu’il était impliqué chez des animaux plus primitifs comme les lamproies marines. Étonnamment, ils ont découvert que le circuit du cerveau postérieur de la lamproie marine est également initié par l’acide rétinoïque, ce qui prouve que ces monstres marins et les humains sont beaucoup plus étroitement liés que prévu.
« Les gens pensaient que parce que les lamproies marines n’avaient pas de mâchoire, leur cerveau postérieur n’était pas formé comme celui des autres vertébrés », a déclaré Krumlauf. « Nous avons montré que cette partie fondamentale du cerveau est construite exactement de la même manière que celle des souris et même des humains. »
Il existe des molécules de signalisation bien connues qui informent sur le sort des cellules au cours du développement. Aujourd’hui, les chercheurs ont découvert que l’acide rétinoïque est un autre acteur majeur qui influe sur les étapes vitales du développement, comme la formation du tronc cérébral. De plus, si la formation du cerveau postérieur est une caractéristique conservée chez tous les vertébrés, d’autres mécanismes doivent être responsables pour expliquer leur incroyable diversité.
«Nous sommes tous issus d’un ancêtre commun», a déclaré Bedois. « Les lamproies marines ont fourni un indice supplémentaire. Nous devons maintenant regarder encore plus loin dans le temps de l’évolution pour découvrir quand les circuits génétiques régissant la formation du cerveau postérieur ont évolué pour la première fois.
Ce travail a été financé par l’Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux (prix : R35NS111564) du Instituts nationaux de la santé (NIH) et par le soutien institutionnel du Stowers Institute for Medical Research. Le contenu relève de la seule responsabilité des auteurs et ne représente pas nécessairement les opinions officielles du NIH.
