Certains animaux sont capables de choses étonnantes en matière de régénération. Si vous coupez la patte de la salamandre, elle repoussera. Se sentant menacés, les geckos laissent tomber leur queue pour distraire le prédateur, puis les repoussent.
Chez d'autres animaux, le processus de régénération va encore plus loin. Les planaires, les méduses et les anémones de mer peuvent réparer leur corps en étant coupés en morceaux.
Un groupe de scientifiques dirigé par Mansi Srivastava, professeur au Département de biologie évolutive de l'Université de Harvard, met en lumière la façon dont les animaux le font et, en cours de route, étudie une série de commutateurs d'ADN qui semblent contrôler les gènes pour une régénération complète du corps.
À l'aide des turbellariums intestinaux de
Hofstenia miamia , Srivastava et Andrew Gerke, un postdoctorant travaillant dans son laboratoire, ils ont trouvé un morceau d'ADN non codant qui contrôle l'activation du gène maître de la réponse de croissance précoce (RGE). Étant actif, l'EGR contrôle de nombreux processus, «allumant» et «éteignant» d'autres gènes.
"Nous avons constaté", explique Gercke, "que ce gène maître active des gènes qui sont" activés "pendant la régénération." Il s'avère que les régions non codantes de l'ADN «ordonnent» aux régions codantes de s'allumer ou de s'éteindre, et donc, il serait juste de les appeler «commutateurs». »
Pour que ce processus fonctionne, l'ADN des cellules de
Hofstenia miamia , généralement compactes et étroitement pliées, doit changer de structure, rendant de nouveaux sites disponibles pour l'activation.
Selon Gercke, bon nombre de ces sections très serrées du génome, en raison de la présence de commutateurs régulateurs qui activent ou désactivent les gènes, deviennent physiquement plus ouvertes. Comme indiqué dans la publication, le génome est très dynamique et change pendant la régénération, car différentes parties de celui-ci s'ouvrent et se ferment.
Pour comprendre la nature dynamique du génome de
Hofstenia miamia , Gerka et Srivastava ont dû le séquencer d'abord, ce qui en soi n'est pas facile.
«Une part importante du travail est consacrée à cela», explique Srivastava. - Nous avons décodé le génome de cette espèce, et c'est important, car c'est le premier génome décodé par ce type d'organismes. Jusqu'à présent, il n'y avait pas de séquence complète du génome. »
Elle a également souligné que
la turbellaria intestinale de
Hofstenia miamia est un nouveau modèle pour étudier la régénération.
«Les travaux antérieurs impliquant d'autres espèces nous ont permis d'en apprendre beaucoup sur la régénération», explique Srivastava, «mais il y a des raisons de travailler avec ces nouveaux organismes.» L'un d'eux est que
Hofstenia miamia occupe une position phylogénétique importante. La façon dont ils se rapportent aux autres animaux permet aux scientifiques de faire une série de déclarations concernant l'évolution. La deuxième raison de l'intérêt pour Hofstenia miamia, dit Srivastava, est qu'ils sont parfaits pour les rats de laboratoire. «Je les ai récupérés il y a plusieurs années lors de mes études post-doctorales aux Bermudes dans le domaine, et depuis que nous les avons amenés au laboratoire, ils se sont révélés bien plus adaptés au travail que d'autres organismes.»
En travaillant avec
Hofstenia miamia , les scientifiques ont pu démontrer la nature dynamique du génome pendant la régénération - Gerka a pu détecter 18 000 régions du génome qui ont subi des changements. Selon Srivastav, au cours de ce travail, ils ont obtenu des résultats vraiment significatifs. Elle a montré que l'EGR agit comme un «interrupteur» pour la régénération - quand il est «activé», d'autres processus sont démarrés, mais rien ne se passe sans lui.
«Nous avons pu réduire l'activité de ce gène et nous avons constaté que si vous ne disposez pas d'EGR, rien ne se passe. Les animaux ne peuvent tout simplement pas se régénérer. Tous les gènes en aval ne sont pas activés, à cause de cela, d'autres «commutateurs» ne fonctionnent pas et, au sens figuré, toute la maison est plongée dans l'obscurité. »
En découvrant de nouvelles données sur le fonctionnement du processus chez les vers, le travail aide également à comprendre pourquoi il ne fonctionne pas chez l'homme. «Il semble que le gène maître EGR et les gènes en aval qu'il« allume et éteint »soient également présents dans d'autres espèces, y compris les humains», explique Gercke.
«Nous avions une raison de nommer ce gène
Hofstenia miamia - EGR. Lorsque vous regardez sa séquence, elle ressemble à celle d'un gène qui a été étudié auparavant chez l'homme et d'autres animaux, explique Srivastava. "Si vous mettez des cellules humaines dans une boîte de Pétri et que vous les stressez, qu'elles soient mécaniques ou toxiques, elles commenceront à exprimer l'EGR."
La question, selon Srivastav, est: "Si nous, les humains, sommes capables" d'allumer "l'EGR, et pas seulement" d'allumer ", mais" d'allumer "exactement quand nos cellules sont endommagées, pourquoi ne nous régénérons-nous pas?" Une réponse possible: si l'EGR est un «interrupteur», le «câblage» peut être autre chose. Ce à quoi l'EGR se «lie» dans les cellules humaines peut différer de ce à quoi il se «lie» chez
Hofstenia miamia . Grâce au travail d'Andrew Gercke, un moyen a été découvert pour arriver à ce «câblage». Les scientifiques veulent découvrir quelles sont ces connexions, puis les appliquer à d'autres animaux, y compris les vertébrés avec leur régénération limitée.
À l'avenir, Srivastava et Gerke espèrent découvrir si les «commutateurs» génétiques qui sont activés pendant la régénération sont les mêmes que ceux qui fonctionnent pendant la croissance et le développement. Les scientifiques prévoient également de poursuivre leurs travaux sur une meilleure compréhension de la nature dynamique du génome.
«Maintenant, nous savons que ces« commutateurs »sont nécessaires à des fins de régénération, nous regardons quels« commutateurs »sont impliqués dans le processus de développement et s'ils sont les mêmes, explique Srivastava. "S'agit-il des mêmes mécanismes qui fonctionnent dans le processus de développement, ou d'un autre?"
Le groupe travaille également à comprendre les façons exactes dont l'EGR et d'autres gènes activent le processus de régénération à la fois chez
Hofstenia miamia et d'autres espèces. Selon les scientifiques, cette étude est importante pour comprendre non seulement ce site particulier, mais le génome dans son ensemble - à la fois les parties non codantes et codantes de l'ADN.
«Seuls 2% du génome sont fabriqués par des protéines», explique Gercke. - Nous voulons savoir ce que font les 98% restants du génome pendant la régénération complète du corps? On sait que c'est dans les domaines de l'ADN non codant que de nombreux changements se produisent qui provoquent des maladies ... mais l'importance de l'ADN non codant dans des processus tels que la régénération complète est sous-estimée. "
«Je pense que ce n'est que la pointe de l'iceberg. Nous avons étudié certains des «interrupteurs», mais il y a d'autres questions concernant le comportement du génome à plus grande échelle, pas seulement la façon dont ses pièces «s'ouvrent» et «se ferment». Tout cela est important dans le processus «d'activation» et de «désactivation» des gènes, je pense qu'il y a plusieurs niveaux de réglementation ici. »
«Quand vous regardez le monde naturel, la question naturelle se pose: si le gecko peut le faire, pourquoi pas moi? - dit Srivastava. - Il existe de nombreuses espèces qui peuvent se régénérer, et d'autres qui ne le peuvent pas, mais si l'on compare les génomes de tous les animaux - la plupart des gènes que nous avons se trouvent dans
Hofstenia miamia . Nous pensons que la réponse probable à cette question ne sera pas liée à la question de savoir si nous avons trouvé des gènes spécifiques, mais à la façon dont ils sont liés les uns aux autres, et vous ne pouvez obtenir la réponse qu'en déchiffrant le génome. »
Traduit par Irina Abramidze , Volontaires SENS