Eucaryotes : Histoire de son ascendance archéenne

LES SCIENCESLA BIOLOGIEEucaryotes : Histoire de son ascendance archéenne

Le regroupement traditionnel des formes de vie en procaryotes et eucaryotes a été révisé en 1977 lorsque la caractérisation de la séquence d'ARNr a révélé que les archées (alors appelées «archaebactéries») sont «aussi éloignées des bactéries que les bactéries le sont des eucaryotes». en eubactéries (comprenant toutes les bactéries typiques), les archées et les eucaryotes. Reste la question de l'origine des eucaryotes. En temps voulu, des preuves ont commencé à s'accumuler en faveur de l'ascendance archéenne des eucaryotes. La découverte qu'Asgard archaea possède plusieurs centaines de gènes de protéines de signature eucaryotes (ESP) dans son génome est particulièrement intéressante. Les ESP jouent un rôle crucial dans le développement du cytosquelette et des structures cellulaires complexes caractéristiques des eucaryotes. Dans une étude révolutionnaire publiée le 21 décembre 2022, les chercheurs ont rapporté la culture réussie d'une culture enrichie d'archées Asgard insaisissables qu'ils ont imagées à l'aide de la tomographie cryo-électronique. Ils ont observé que les cellules d'Asgard avaient en effet un cytosquelette complexe à base d'actine. Il s'agissait de la première preuve visuelle directe de l'ascendance archéenne des eucaryotes, une étape importante dans la compréhension de l'origine des eucaryotes.  

Jusqu'en 1977, les formes de vie sur Terre étaient regroupées en eucaryotes (formes complexes caractérisées par l'inclusion de matériel génétique de la cellule dans un noyau bien défini et la présence d'un cytosquelette) et procaryotes (formes de vie plus simples avec du matériel génétique dans le cytoplasme sans noyau spécifié, y compris les bactéries et les archaebactéries). On pensait que les eucaryotes cellulaires avaient évolué il y a environ 2 milliards d'années, probablement à partir des procaryotes. Mais d'où viennent exactement les eucaryotes ? Comment les formes de vie cellulaires complexes sont-elles connectées aux formes de vie cellulaires plus simples ? C'était une grande question ouverte en biologie.  

Les progrès technologiques de la biologie moléculaire des gènes et des protéines ont permis d'approfondir le problème lorsque, en 1977, les archées (alors appelées «archaebactéries») se sont révélées ''aussi lointainement apparentés aux bactéries que les bactéries le sont aux eucaryotes.La distinction antérieure des formes de vie en procaryotes et eucaryotes était basée sur des différences phénotypiques au niveau des organites cellulaires. La relation phylogénétique devrait plutôt être basée sur une molécule largement distribuée. L'ARN ribosomique (ARNr) est une de ces biomolécules qui est présente dans tous les systèmes autoréplicatifs et dont les séquences changent très peu avec le temps. L'analyse basée sur la caractérisation de la séquence d'ARNr a nécessité le regroupement des organismes vivants en eubactéries (comprenant toutes les bactéries typiques), archées et eucaryotes1.  

Par la suite, des preuves d'une relation plus étroite entre les archées et les eucaryotes ont commencé à émerger. En 1983, il a été découvert que les ARN polymérases ADN-dépendantes des archées et des eucaryotes sont du même type; les deux présentent des propriétés immunochimiques étonnamment similaires et les deux sont dérivés d'une structure ancestrale commune2. Sur la base d'un arbre phylogénétique composite déduit d'une paire de protéines, une autre étude publiée en 1989, a révélé une relation plus étroite entre les archées et les eucaryotes qu'avec les eubactéries3. À cette époque, l'origine archéenne des eucaryotes était établie, mais les espèces archéennes exactes restaient à identifier et à étudier.  

La croissance des études génomiques à la suite du succès du projet sur le génome a donné un coup de fouet bien nécessaire à ce domaine. Entre 2015 et 2020, plusieurs études ont montré que les archées d'Asgard portaient des gènes spécifiques aux eucaryotes. Leurs génomes sont enrichis en protéines considérées comme spécifiques aux eucaryotes. Ces études ont clairement identifié les archées d'Asgard comme ayant la plus grande proximité génétique avec l'eucaryote en raison de la présence de centaines de gènes de protéines de signature eucaryotes (ESP) dans leur génome.  

L'étape suivante consistait à visualiser physiquement la structure interne de la cave des archées d'Asgard pour confirmer le rôle des ESP, car il est largement admis que les ESP jouent un rôle clé dans la formation de structures cellulaires complexes. Pour cela, des cultures hautement enrichies de cette archée étaient nécessaires mais Asgard est connu pour être insaisissable et mystérieux. provoquant des difficultés de culture en quantité suffisante pour les étudier en laboratoire. Selon une étude rapportée récemment le 21 décembre 2022, cette difficulté est désormais surmontée.  

Les chercheurs ont, après six ans de travail acharné, improvisé des techniques et ont cultivé avec succès en laboratoire, une culture très enrichie de 'Candidatus Lokiarchaeum ossiferum', membre du phylum Asgard. Ce fut une réalisation remarquable, également parce que cela a permis aux chercheurs de visualiser et d'étudier les structures cellulaires internes d'Asgard.    

La tomographie cryo-électronique a été utilisée pour imager la culture d'enrichissement. Les cellules d'Asgard avaient des corps cellulaires coccoïdes et un réseau de saillies ramifiées. La structure de la surface cellulaire était complexe. Cytosquelette étendu à travers les corps cellulaires. Les filaments double brin torsadés comprennent de la Lokiactine (c'est-à-dire des homologues d'actine codés par Lokiarchaeota). Ainsi, les cellules d'Asgard avaient un cytosquelette complexe à base d'actine, qui, selon les chercheurs, est antérieur à l'évolution des premiers eucaryotes.  

En tant que première preuve physique / visuelle concrète de l'ascendance archéenne des eucaryotes, il s'agit d'un progrès remarquable en biologie.

*** 

Références:  

  1. Woese CR et Fox GE, 1977. Structure phylogénétique du domaine procaryote : Les règnes primaires. Publié en novembre 1977. PNAS. 74 (11) 5088-5090. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088  
  1. Huet, J., et al 1983. Les archéobactéries et les eucaryotes possèdent des ARN polymérases dépendantes de l'ADN d'un type commun. EMBO J. 2, 1291–1294 (1983). EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x  
  1. Iwabe, N., et al 1989. Relation évolutive des archaebactéries, des eubactéries et des eucaryotes déduites des arbres phylogénétiques de gènes dupliqués. Proc. Natl Acad. Sci. États-Unis 86, 9355–9359. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355  
  1. Rodrigues-Oliveira, T., et al. 2022. Cytosquelette d'actine et architecture cellulaire complexe dans un archéon d'Asgard. Publication : 21 décembre 2022. Nature (2022). EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y  

*** 

Umesh Prasad
Umesh Prasad
Rédacteur, Scientifique Européen

Inscrivez-vous à notre infolettre

Pour être mis à jour avec toutes les dernières nouvelles, offres et annonces spéciales.

- Publicité -

Articles les plus populaires

Muscle artificiel

Dans une avancée majeure en robotique, robot avec 'soft'...

Les interventions sur le mode de vie maternel réduisent le risque d'un bébé de faible poids à la naissance

Un essai clinique pour les femmes enceintes à haut risque...

Proteus : le premier matériau non découpable

La chute libre des pamplemousses à partir de 10 m n'abîme pas...
- Publicité -