L’étrange capacité de l’hydre à faire repousser sa propre tête repose sur un incroyable mécanisme génétique
Les créatures marines appelées Hydres (image d’entête) n’ont aucun mal à faire repousser une tête coupée. Pour la première fois, des chercheurs viennent de reconstituer la manière exacte dont cela se produit au niveau génétique.
Les Cnidaires sont un groupe de petits poissons en forme d’arbre. À la différence des mammifères, ils sont dotés de cellules souches qui ont la capacité illimitée de se renouveler, et sont donc communément considérées comme « biologiquement immortelles ».
Une hydre et une hydre bourgeonnante se trouve à la base de l’animal. (Wikimedia)
Elles se reproduisent de manière asexuée par un processus appelé bourgeonnement, au cours duquel la progéniture pousse la tête la première à partir de la base de l’animal. Comme il s’agit d’un trait si peu commun, les réseaux de gènes utilisés pour faire repousser des organes entiers, y compris la tête, restent largement inexplorés.
Cellules d’hydre réduites reprenant forme au fil du temps avec de nouvelles cellules organisatrices de la tête (bleu). ((Ulrich Technau/ PNAS)
Une équipe de chercheurs a découvert que les têtes coupées de l’Hydre repoussent d’une manière très différente de celle des bourgeons. Ce ne sont pas les types de gènes qui importent, mais la façon dont ils sont utilisés, un phénomène connu sous le nom d’épigénétique.
Les processus génétiques sont complexes. Les cellules souches peuvent se transformer en n’importe quelle autre cellule, en fonction des gènes qui sont exprimés au cours du développement.
L’ADN contient toutes les informations sur chaque gène, mais tous les gènes ne sont pas exprimés dans une seule cellule. Une partie de l’ADN est transformée en ARN messager (ARNm) par un processus appelé transcription, qui est ensuite traduit en une chaîne d’acides aminés. Ces chaînes se replient en protéines, qui sont responsables de l’exécution des tâches dans la cellule.
Le cocktail final de protéines détermine le type de cellule en lequel la cellule souche peut se transformer.
La transcription et la traduction requièrent toutes deux des éléments régulateurs spéciaux pour réussir. Ces éléments peuvent également dicter quels gènes sont activés ou désactivés afin de contrôler la quantité de protéines fabriquées, ce qui peut avoir un effet considérable sur le destin des cellules souches. C’est le principe directeur de l’épigénétique.
Dans leur étude (lien plus bas), les chercheurs ont identifié environ 13 000 éléments régulateurs qui ont été remaniés pendant la régénération de la tête de l’Hydre. Ces éléments ont activé et désactivé un petit sous-ensemble de gènes différemment au cours de la régénération de la tête qu’à d’autres moments, modifiant ainsi la population de protéines qui ont finalement été fabriquées.
Pour illustrer comment cela fonctionne, imaginez que la cellule est comme une grande usine de production. Les facteurs de transcription sont comme des managers qui donnent des instructions aux ouvriers sur leurs tâches. Ils peuvent également demander aux ouvriers de dévier de leur travail et de se concentrer sur un autre processus pendant un certain temps. Les outils qu’ils utilisent ne changent jamais, mais ils travaillent maintenant avec des instructions différentes sur ce qu’ils doivent fabriquer, en l’occurrence une toute nouvelle tête.
Selon l’auteur principal de cette étude, Aide Macias-Muñoz :
L’un des résultats les plus intéressants de ces travaux est que les processus de régénération de la tête et de bourgeonnement chez Hydra sont très différents. Même si le résultat est le même (une tête d’Hydre), l’expression des gènes est beaucoup plus variable au cours de la régénération. Ces résultats suggèrent que de complexes amplificateurs de développement étaient présents au début de l’évolution.
L’étude publiée dans la revue Genome Biology and Evolution : Coordinated Gene Expression and Chromatin Regulation during Hydra Head Regeneration et annoncée sur le site de l’Université de Californie à Irvine : Hydra genome sequenced.