Révolution génétique et évolution
La science emprunte parfois des chemins détournés pour parvenir à un résultat. Prenez la mécanique quantique, d’un côté, la mécanique ondulatoire proposé par de Broglie et Schrödinger, de l’autre, la mécanique des matrices, élaborée par le tandem Pauli et Heisenberg et en bout de course, le facétieux Dirac montrant que les deux voies conduisent à une même physique. La biologie sait aussi emprunter des voies indirectes, sans savoir où elles mènent. Analyser ces détours vaut certainement le détour. Récemment, on a pu lire sous la plume de l’excellent Carl Zimmer du NYT l’évocation de recherches assez surprenantes dont voici un modeste résumé.
Edward Marcotte, biologiste texan, étudie les moyens de lutter contre le cancer en jouant sur la vascularisation de la tumeur. Pour ce faire, il a cherché quels sont les gènes contrôlant la genèse des vaisseaux sanguins. Ces gènes humains sont au nombre de cinq mais aussi étrange que cela puisse paraître, ils ont été trouvés dans une espèce très éloignée de l’homme, ni la souris, ni la mouche, modèles classiques s’il en est, mais chez la levure, cet être rudimentaire composé d’une seule cellule et que les scientifiques savent très bien cultiver dans un bocal. Ces cinq gènes fonctionnent de concert en contrôlant un mécanisme précis, celui de la formation des enveloppes cellulaire de la levure (cell walls en anglais, qu’on peut traduire par coquille ou paroi cellulaire) Ces structures ont pour finalité de rendre la levure plus résistante aux chocs mécaniques. Et donc, cela n’a aucun rapport avec l’édification des capillaires et autres micro vaisseaux fabriqués chez l’homme pour vasculariser les tissus. « c’est complètement dingue ! » s’est exclamé E. Marcotte qui, précisons-le, n’a jamais écouté Christophe Maé.
Cette découverte surprenante est loin d’être isolée puisque Marcotte et ses collègues ont trouvé des centaines de gènes censés être impliqués dans des tâches précises, voire des pathologies humaines, et qu’on trouve dans des espèces vivantes très éloignés où ils assurent d’autres tâches en coopérant sous forme de module (cluster). Ainsi, des modules génétiques humains ont pu être retrouvé chez des espèces aussi rudimentaire et éloignées dans l’arbre phylogénétique que le vers nématode et même certaines plantes. Ce qui signifie que ces gènes organisés en modules fonctionnent, certains depuis un milliard d’année, en assurant des tâches différentes selon l’espèce où ils opèrent. Ces modules suivent donc leur course pendant des millions d’années en empruntant des bifurcations faisant qu’ils obéissent à d’autres signaux tout en déterminant des traits différents. Comme s’il s’agissait d’une mise à jour dans la programmatique génique, ou si on veut, un emprunt génétique effectué par une espèce qui use alors de ce module pour des tâches propres.
Ces similitudes entre modules ont conduit des biologistes à forger la notion de « profonde homologie » dans un article remarqué par la communauté scientifique (Shubin et al. Nature, 388, p. 639, 1997) Cette notion traduit la probable présence d’un ancêtre commun ayant produit des modules génétiques qu’on retrouve actuellement dans des espèces éloignées où ils assurent parfois des tâches distinctes. Cette notion est donc une innovation si on la rapporte à la classique homologie construite par la génétique des années 1960, basée sur des homologies de structures qui plus tard seront évaluée selon les homologies de séquence génique, élément essentiel en génétique de populations. On connaît le cas emblématique de la molécule d’hémoglobine dont on a pu jauger les écarts structurels et les dérives génétiques en analysant structures et séquences chez différentes espèces. L’homologie profonde renvoie à des configurations très différentes. Prenons le cas de deux dispositifs très éloignés dans leur fonctionnement comme l’œil humain et les structures lumino-sensibles de la méduse. Rien de commun, excepté la sensibilité à la lumière et pourtant, ces dispositifs utilisent un même module génétique. Que de mystères !
Les cas d’homologie profonde ne cessent d’être détectés. Une équipe française a livré des résultats assez surprenants. Les neurones de notre système nerveux utilisent des dispositifs d’agencement très élaborés, faisant appel à des protéines d’échafaudage (scaffold) présente dans les agencements post-synaptique et jouant un rôle que métaphoriquement, on peut comparer aux connexions dans un central téléphonique ou un serveur du Web. Ces agencements sont dus à un module de gènes qui a été retrouvé chez des espèces où on peut penser qu’ils n’ont rien à y faire. Car telle se présente cette curieuse découverte montrant que des modules impliqués dans les connexions neuronales fonctionnent chez le trichoplax, métazoaire des plus rudimentaires, dépourvu de tube digestif, de symétrie et de système nerveux. Mieux encore, ce module est fonctionnel chez l’être unicellulaire qu’est le choanoflagelle, minuscule cellule appartenant au plancton et qui possède la faculté de s’agréger pour former des colonies. Les auteurs de ces travaux (Alié et Manuel, BMC Evol. Biol, 2010) concluent à la présence de ce « module » chez les espèces unicellulaires ancestrale où il n’aurait pas servi dans la communication intercellulaires mais uniquement dans la régulation du dispositif cytosquelettique en relation avec les ions calcium. Ce n’est qu’au moment de l’apparition des espèces dotés d’un système nerveux que ce module, en s’intégrant avec d’autres gènes, aurait divergé dans sa tâche, servant alors à l’échafaudage des connexions entre neurones. Cela dit, on peut aussi penser que la régulation des mouvements calciques participe d’une certaine forme de communication.
Comme le suggère Marcotte, l’étude de ces cas d’homologie qu’on pensait être de simples curiosités semble d’élargir sans qu’on puisse tracer des limites à cette nouvelle recherche. Marcotte a en effet trouvé des « homologies modulaires » en comparant le génome humain et celui de végétaux comme la moutarde. Il est apparu qu’un module assurant à la moutarde la sensibilité à la gravitation (permettant aux plants de pousser verticalement) serait impliqué, lorsqu’il est altéré chez l’homme, dans une maladie génétique rare définie par le syndrome de Waardenburg. Ce module, lorsqu’il est altéré, est également susceptible de créer des malformations embryonnaires dans le développement de la grenouille.
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Ces résultats ouvrent certainement des perspectives nouvelles dans la compréhension du vivant mais sans doute est-il prématuré d’établir un paradigme tant qu’on ne dispose pas d’une recension élargie de ces cas d’homologie profonde. Thomas Kuhn a très bien expliqué le processus de changement de paradigme dont les ressorts sont multiples, notamment l’accumulation de faits nouveaux qui finissent par faire pencher la balance du côté de l’innovation conceptuelle. En analysant correctement ces constats sur les modules de gènes, on pensera à des pièces de puzzle inédites venant s’insérer dans le grand paradigme synthétique de l’évolution darwinienne. Donc comme le dit l’expression populaire, rien de nouveau sous le soleil. Quoique... à suivre si vous le voulez bien, dans un prochain billet dont le titre serait, évolution génétique et révolution en biologie
11 réactions
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Lachésis
13 mai 2010 11:57
Bonjour,
bon article, rien à redire sur le contenu pour ma part :)
par contre, que trouvez-vous de si mystérieux à avoir des gènes plus ou moins ressemblant selon les espèces, même très éloignées ?
ça fait un bail qu’on utilise la levure comme modèle pour nombre de choses. Et dans le cas présent, ben...
ce n’est jamais qu’un fait qui vient confirmer la théorie actuelle (néodarwinnienne, pas darwinienne évidemment) . Evidemment, ça aurait largement plus embêtant pour la théorie de l’évolution de trouver des éléments sans aucun rapport les uns avec les autres, même entre la levure et l’homme.
Après, on peut parler de ce qui régule leur expression et tutti quanti, mais en dehors de ça j’ai beau relire cette phrase :Rien de commun, excepté la sensibilité à la lumière et pourtant, ces dispositifs utilisent un même module génétique. Que de mystères !
j’ai du mal à les voir à ce niveau, les mystères
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Bernard Dugué
13 mai 2010 12:24
Bonjour,
Effectivement, on peut ne pas voir de mystères mais aussi, on peut penser le contraire et s’étonner. C’est là l’effet secondaire du néodarwinisme. L’emprise de la puissance explicative inhibe l’étonnement, seule voie vers des théories plus abouties. Je pressens un grand basculement dans la conception du vivant et de l’évolution. J’espère que mon livre « le sacre du vivant » trouvera un éditeur mais confidence pour confidence, des idées encore plus surprenantes risquent d’arriver.
En attendant, vous pourriez nous dire si dans votre cursus, on enseigne la notion de ribonome, je précise, ribonome, pas ribosome !
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Lachésis
13 mai 2010 14:18
D’un côté, vous avez raison, je ne suis pas étonnée. En même temps, l’étonnement devrait provenir de quelque chose d’inhabituel. Par exemple, si on avait trouvé des acides aminés dans l’ADN de levure avec un message du genre « je vou e b1 u, lol signé Dieu », là ok j’aurais été étonnée.
Ma seconde réaction aurait été comme tout les scientifiques de dire à cette équipe d’arrêter le lsd. Si leur toxicologie s’était avérée négative et que leur résultat était reproductible, là, j’aurais compris qu’on revoie de fond en comble la théorie de l’évolution. Mais ce n’est pas le cas.
Quand au chambardement dans la théorie de l’évolution, j’ai envie de dire qu’elle est continuellement chambardée depuis sa formulation. Il y a eu la découverte des gènes, puis de l’ADN, de l’ARN, des transferts horizontaux, de l’endosymbiose, et ainsi de suite.
Non qu’un changement de plus ne soit sans intérêt. Par contre, sans vouloir vous offenser, à chaque article que je lis de vous vous prétendez annoncer un grand changement sans jamais vouloir donner le moindre détail de votre fameux bouquin. ça fait combien de temps que vous cherchez un éditeur maintenant ? Mettez tout bêtement le livre sur internet et laissez juger les gens de son intérêt.
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hks
13 mai 2010 12:45
Jusque là ça va ...sauf votre étonnement ! (et je suis d’accord ave Lachésis )
Donc je crains la suite !
Vous n ’avez pas fini de vous voir chambrer sur le « ribonome ». -
Lachésis
13 mai 2010 13:46
ribonome ? Non, je ne connaissais pas, mais je pense que j’entendrais parler tôt ou tard car d’après ce que je lis ici, c’est bien dans le ton de de ce que j’étudie...
Aller, pour en faire profiter tout le monde, je traduis :
Le ribonome : une force majeure dans la coordination de l’expression des gènes
Department of Molecular Genetics & Microbiology, Duke University Medical Center, Durham, North Carolina, 27710, USA.
RésuméLe ribonome représente l’ensemble des ARNs de la cellule et leurs facteurs régulateurs fonctionnant de manière dynamique dans le temps et dans l’espace au sein de complexes riboprotéique.
Notre théorie est que le ribonome est un ancien coordinateur central qui a évolué pour communiquer à des niveaux multiples avec d’une part le protéonome (ante-action) et l’ensemble du transcriptome et des ARNs (processing machinery, je n’ai pas trouvé la traduction en français. Il doit s’agir d’autres catégories d’ARN) (rétro-action).
En outre le ribonome pourrait peut-être communiquer avec les autres cellules horizontallement avec des implications pour le transfert de l’information biologique et l’évolution à la fois de l’ADN et de l’ARN.La théorie des opérons ARN post-transcriptionel de l’expression co-régulée des gènes comptes pour les dynamiques coordonnées des protéines liant l’ARN au sein du ribonome cellulaire, permettant ainsi la recombinaison et la rénovation des RNPs (ribonucleoproteines) pour générer de nouvelles combinaisons de protéines fonctionnelles apparentées.
Ainsi, les opérons post-transtranscriptionels venant du coeur du système ribonomique dans lequel les deux contrôlent et régissent les résultats.Au sein du ribonome, les protéines liant l’ARN contrôle d’autres ARNm pour garder en équilibre l’ensemble des ARNm. Nous soutenons que ce système post-transcriptionnel ribonomique fournit une gestion de l’information et un centre de distribution pour l’expansion évolutive et de la multicellularité dans les tissus, organes, organismes, et communauté.
Oui, je sais, c’est une traduction à l’arrache et certaines phrases ne veulent à première vue pas dire grand chose, mais je ne peux pas y passer trois heures aujourd’hui ;)
bon, pour le voculaire :
machin-ome : désigne l’ensemble d’une catégorie au sein d’un compartiment plus grand : ex : génome, ensemble des gènes, protéome ensemble des protéines, etc
machin horizontaux : parle de communcations entre cellules et ici de modification de l’ADN et de l’ARN entre cellules existantes (contrairement au processus où la cellule transfemt une information génétique à sa descendance)
ARNm : ARN messager : font le passage de l’ADN du noyau aux ribosome pour fabriquer les protéines. Il existe tout un tas de catégories d’ARN. Ces molécules prochent de l’ADN sont moins stables et des théories assez populaire sur l’apparition de la vie pensent qu’ils ont été à l’origine des premières cellules.
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Lachésis
13 mai 2010 13:52
D’après ce que j’ai compris, c’est encore dans l’hypothèse non-étayée... Ce qui ne veut pas dire qu’elle est fausse, mais c’est pas encore le sein graal
Après faut voir comment les chercheurs pensent que ces ribonomes pourrait influer « horizontalement » sur différents individus et aux niveaux supérieurs. J’ai du mal à voir avec ce résumé ce qu’ils entendent par là. Je chercherais peut-être l’article complet à la BU.
Autant la recherche tente maintenant de comprendre comment un même génome lors de la formation de l’embryon peut donner plusieurs types cellulaires _ et ça je le vois en cours et effectivement, ce ribonome pourrait servir ;) , autant je vois mal comment il pourrait rétro-influencer l’ADN ou influencer des individus sans passer par la descendance...
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non667
13 mai 2010 15:26
à bernard
mon étonnement est qu’après toutes ces découvertes et tout votre savoir vous nous parliez encore de darwin ,de néodarwinisme ,de ribonome , et pas du dieu programmeur qui à partir d’éléments binaires (niveau atomique,nucléaire ,ou en dessous ) existants a crée un langage de programmation ,(génétique,.... ?) puis un programme se déroulant dans un ordinateur qu’il a crée ou qui provient d’un phénomène existant ? -
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non667
13 mai 2010 19:40
ribonome =necessité de j.monod =dieu =début de thèse explicative sur la même ligne de départ
la ligne d’arrivée est l’éternité ! a notre niveau donc indémontrable .
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asterix
13 mai 2010 21:04
Merci Monsieur, nous ne serions donc que l’adjonction de différentes cellules dont l’interaction potentielle a fait des humains, des légumes ou des vers de terre, des méduses ou que sais-je.
Nous ne sommes donc pas différents des autres vivants. Seulement un peu plus compliqués, plus dominateurs. -
crazycaze
13 mai 2010 23:02
Très intéressant article, qui selon moi démontre bien qu’une approche prédéterministe du rôle des gènes est erronée, et donc par extension, que toute compréhension du fonctionnement humain à partir du décryptage du génome humain est vaine, ce qui était évident pour bon nombre de chercheurs en génétiques non inféodés (rappelons que cette conception arbitraire du rôle des gènes a englouti une part non négligeable des crédits... au détriment d’autres secteurs, plus féconds, mais moins valeur-ajoutée).
Les modèles théoriques qui semblent le mieux illustrer le fonctionnement génétique le replace dans un environnement avec lequel les gènes en interaction sont également en interactions. Changez un paramètre de l’environnement de ces mêmes gènes, et le fonctionnement en sera modulé. Ces conceptions renvoient aux modèles d’épigenèse probabiliste, de plasticité fonctionnelle, de canalisation expérientielle, aux théories des systèmes dynamiques, in fine au modèle écologique.
Le rôle de l’ARN messager est certainement prometteur. Il se pourrait bien qu’il soit impliqué dans le modification de certaines « informations génétiques » transmissibles... Auquel cas, notre conception de l’hérédité, du vieux débat de l’inné et de l’acquis seraient enfin évacués comme un débat archaïque et une impasse en regard d’une compréhension des processus engagés dans la co-évolution des organismes en relation avec leurs milieux, depuis les interactions géniques jusqu’aux interactions entre l’individu et son système socioculturel.
