Un groupe de recherche de l’Université d’Innsbruck a découvert comment les ganglions sensoriels crâniens se sont formés.
Des chercheurs de l’Université d’Innsbruck ont identifié l’origine génétique de nos sens.
Des chercheurs de l’Université d’Innsbruck ont déterminé l’origine génétique de nos sens. Les résultats révèlent que les ganglions sensoriels crâniens des vertébrés proviennent d’un programme génétique partagé avec leurs plus proches parents vivants, les tuniciers.
C’est définitivement bénéfique d’avoir une tête. Cela peut sembler évident, et pourtant l’évolution a connu un long parcours pour le vérifier : Les invertébrés dominaient les eaux au début de l’émergence de la vie animale. Bien qu’ils possédaient déjà les caractéristiques d’une tête, les vertébrés ont finalement réussi parce qu’ils ont développé une nouvelle tête, supérieure. Cette “nouvelle tête” a permis une dispersion spatiale étendue et une multiplication des cellules sensorielles, ce qui a conduit à une perception bien meilleure de l’environnement. Cela a également été crucial pour l’évolution d’un mode de vie prédateur.
Les ganglions sensoriels crâniens sont essentiels à la transmission des sensations externes au cerveau des vertébrés. On peut les considérer comme des nœuds nerveux répartis dans tout le cerveau et qui recueillent les informations provenant des organes sensoriels. Le processus précis par lequel ces ganglions ont été créés était jusqu’à présent inconnu des scientifiques. Ces questions ont finalement été résolues par une étude qui a été publiée dans Nature le 18 mai 2022.
Un embryon de l’ascidie plissée Ciona intestinalis. L’image au microscope montre des neurones bipolaires de la queue dans la région de la queue (vert) et des cellules épidermiques (magenta). Crédit : Alessandro Pennati
Prototype des vertébrés
Le groupe de recherche d’Ute Rothbächer de l’Institut de zoologie de l’Université d’Innsbruck a participé de manière décisive à la dernière phase du projet, une collaboration internationale de plusieurs institutions, conçue par l’Université d’Oxford. Leurs résultats montrent que les ganglions sensoriels crâniens des vertébrés sont issus d’un programme génétique que l’on retrouve également chez leurs plus proches parents vivants, les tuniciers. Chez les larves de tuniciers, certains neurones sensoriels, appelés neurones bipolaires de la queue, sont situés dans la région de la queue. Ils traitent les stimuli externes, mais sont également responsables du mouvement de l’animal. Dans les deux sous-phyla animaux, les structures respectives sont formées par le gène Hmx.
“Les tuniciers sont comme un prototype évolutif des vertébrés”, explique Rothbächer. “Il y a un grand écart anatomique entre les adultes de ces subphyla, car ils sont adaptés à des niches écologiques. Cela complique la recherche sur leur évolution. Les structures et mécanismes communs ne peuvent être identifiés qu’au stade embryonnaire – notre ancêtre commun était probablement très similaire à une larve de tunicier.”
Les organismes modèles de l’étude étaient la lamproie, un poisson primitif qui ressemble à une anguille et qui est souvent qualifié de “fossile vivant”, et l’ascidie Ciona intestinalis, qui est entourée d’un manteau jaunâtre et tubulaire qui protège l’animal et filtre la nourriture.
Le gène conservé
Alessandro Pennati, doctorant dans le groupe de recherche de Rothbächer, a fourni des données décisives sur la fonction du gène Hmx chez Ciona. Il a appliqué le génie génétique CRISPR-Cas9 pour éliminer sélectivement des séquences génétiques, tandis que la méthode de transgénèse transitoire a été utilisée pour surexprimer des gènes.
Les chercheurs ont découvert que Hmx contrôle le développement des neurones bipolaires de la queue chez les tuniciers, alors que chez les vertébrés, il le fait pour les ganglions sensoriels crâniens. De façon surprenante, les segments du gène Hmx de la lamproie ont été insérés dans les cellules de Ciona DNA were similarly active as Ciona’s own Hmx.
“Hmx has been shown to be a central gene that has been conserved across evolution. It has retained its original function and structure and was probably found in this form in the common ancestor of vertebrates and tunicates,” Pennati explains. Cranial Sensory Ganglia and Bipolar Tail Neurons thus have the same evolutionary origin, Hmx was probably crucially involved in the formation of highly specialized head sensory organs in vertebrates.
Reference: “Hmx gene conservation identifies the origin of vertebrate cranial ganglia” by Vasileios Papadogiannis, Alessandro Pennati, Hugo J. Parker, Ute Rothbächer, Cedric Patthey, Marianne E. Bronner, and Sebastian M. Shimeld, 18 May 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-04742-w
