Les secrets de l’évolution du système nerveux
Responsable de la transmission des signaux entre les différentes parties du corps, le système nerveux est une des structures les plus vitales et les plus complexes des organismes vivants. Il est absolument indispensable à la survie car il contrôle des fonctions essentielles telles que le mouvement, la sensation et la cognition. En dépit de son importance, l’origine évolutionnaire du système nerveux demeure un des grands mystères de la biologie. Comprendre comment ce système complexe s’est développé chez différentes espèces peut fournir des informations capitales concernant le fonctionnement du cerveau humain et sur l’évolution plus générale de la vie sur Terre.
Étude des réseaux de régulation génétique à travers les espèces
Mené avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie (MSCA), le projet RipGEESE dirigé par Carlos Rivera a été conçu pour faire la lumière sur l’évolution du système nerveux. Alors que les études traditionnelles sur l’évolution suivent souvent les relations en comparant les séquences génétiques, RipGEESE a examiné la manière dont les réseaux de régulation des gènes ont évolué au fil du temps. «En étudiant les réseaux de gènes, nous voulions faire la lumière sur la manière dont le système nerveux a évolué vers la complexité à travers différentes espèces animales», explique-t-il. Les expériences ont principalement porté sur trois types de cellules neuronales de vertébrés bien connues: les neurones sérotoninergiques et adrénergiques, et les cellules gliales. Ces cellules ont été choisies pour leurs fonctions distinctes de régulation de la neurotransmission et de soutien à la fonction neuronale.
Les gènes spécifiques du système nerveux au cours de l’évolution
Les données de séquençage de l’ARN unicellulaire de huit espèces animales ont permis d’identifier 39 familles de gènes exprimés dans le système nerveux de tous les animaux. Fait intéressant, l’équipe a découvert que de nombreuses familles de gènes essentiels au système nerveux étaient présentes chez les Choanoflagellés, les ancêtres unicellulaires des animaux. Cette découverte suggère que la majeure partie de la machinerie génétique de base du système nerveux était présente bien avant que les animaux ne développent des systèmes nerveux complexes. Qui plus est, la découverte d’une famille unique de gènes directement liée à la présence de systèmes nerveux est un résultat crucial qui pourrait avoir des implications considérables pour notre compréhension de la biologie évolutive et du développement des maladies neurologiques.
Simuler l’évolution
Pour pallier au fait que nous ignorons toujours comment évoluent les séquences de gènes ayant une fonction commune, RipGEESE a créé un modèle prédictif qui simule l’évolution de gènes qui interagissent entre eux. Cet outil propose un moyen innovant de modéliser l’évolution des réseaux de gènes en analysant la façon dont les séquences des gènes impliqués changent au fil du temps. Le simulateur CastNet a permis à l’équipe de modéliser la manière dont les pressions sélectives exercées sur les organismes, notamment sur leurs phénotypes, pouvaient mener à des schémas coévolutifs dans les séquences géniques et leurs interactions régulatrices. «Cet outil ouvre de nouvelles perspectives d’étude de l’évolution des réseaux de gènes et permet de mieux comprendre l’influence des interactions régulatrices sur le développement de systèmes biologiques complexes tels que le système nerveux», souligne Carlos Rivera. L’équipe de RipGEESE souhaite à présent étudier l’évolution des réseaux de régulation génique dans un plus grand nombre d’espèces. Elle a prévu d’affiner les modèles prédictifs et d’étendre la recherche à d’autres types d’interactions régulatrices. Dans l’ensemble, RipGEESE a largement contribué à notre compréhension de l’évolution du système nerveux en se concentrant sur le rôle des réseaux de régulation des gènes. Il a également jeté les bases d’une nouvelle ère de la biologie évolutive, où la régulation des gènes occupe une place centrale dans l’explication de la diversité et de la complexité de la vie.
Mots‑clés
RipGEESE, système nerveux, évolution, gène, réseau de régulation