Les protéines productrices de mucus ont évolué au moins 15 fois et de manière indépendante chez les mammifères
Le royaume animal est pratiquement couvert de mucus. Les amphibiens, les escargots et les limaces sont les plus célèbres professionnels du mucus, mais même le micro-organisme le plus solitaire peut suinter un mucus visqueux de temps en temps.
Image d’entête : une cellule de surface muqueuse bordant le lumen de l’estomac sécrète du mucus (coloration rose). (Underwood J, PLoS Biology)
Dans notre propre espèce, le mucus est produit dans la bouche, le nez, la gorge, les poumons, l’intestin, le col de l’utérus et les voies urinaires, à des fins diverses. Pourtant, l’origine du mucus reste un mystère.
Malgré les nombreuses similitudes entre les mucus, de nombreuses formes ont évolué en parallèle et non pas de manière ramifiée, comme un arbre.
D’une glande à l’autre et d’un mammifère à l’autre, une petite étude a révélé que de nombreux gènes de mucus n’ont en fait pas d’ancêtre commun. C’est inhabituel, car la plupart des gènes ayant des fonctions similaires proviennent d’un gène ancestral partagé qui est transmis de génération en génération parce qu’il apporte des avantages à la survie.
Même dans notre propre espèce, les gènes qui codent pour les protéines du mucus appartiennent à plusieurs familles. L’une d’elles sécrète des protéines de mucus gélifiées, tandis qu’une autre produit des protéines de mucus liées à la membrane d’une cellule. Il existe également des gènes « orphelins » qui codent pour la production de mucus et qui n’ont pas leur place ailleurs.
Chacune de ces lignées distinctes a probablement évolué indépendamment, et les chercheurs pensent maintenant avoir trouvé leur origine.
En comparant les gènes codant pour le mucus, appelés gènes de la mucine, chez 49 espèces de mammifères, l’équipe a découvert que les protéines non-mucines peuvent évoluer en protéines mucines gluantes lorsque de courtes chaînes répétées d’acides aminés (éléments constitutifs des protéines) sont ajoutées. Parmi tous les gènes de mucine étudiés, ces répétitions aléatoires ont été répertoriées 15 fois différentes.
En d’autres termes, chez les mammifères, certains gènes qui codent pour des protéines non mucineuses tendent à devenir gluants avec le temps. Les protéines riches en proline, un acide organique, sont les plus susceptibles de devenir gluantes au fil des générations, selon les auteurs de l’étude actuelle.
Selon le biologiste évolutionniste Omer Gokcumen de l’Université de Buffalo (Etats-Unis) :
Je ne pense pas que l’on savait auparavant que la fonction d’une protéine pouvait évoluer de cette manière, à partir d’une protéine qui gagne des séquences répétées. Une protéine qui n’est pas une mucine en devient une simplement en gagnant des séquences répétées. C’est une façon importante pour l’évolution de fabriquer de la mucine. Il s’agit d’une astuce évolutive, et nous avons maintenant la preuve que cela se produit encore et encore.
Petar Pajic, doctorant en sciences biologiques à l’UB, prépare un échantillon de salive pour la séparation et l’analyse. Dans la nouvelle étude, l’équipe a utilisé une technique d’électrophorèse sur gel pour séparer les mucines des autres protéines dans la salive de divers mammifères. (Douglas Levere / Université de Buffalo)
Les auteurs ont fait leur découverte par hasard en étudiant la salive humaine. Au cours d’expériences, ils ont remarqué qu’un gène de mucine particulier chez l’humain présentait des similitudes avec un autre observé chez la souris. Cependant, lorsqu’ils ont essayé de trouver un ancêtre commun, ils ont échoué.
Le gène de la mucine chez la souris semblait avoir évolué indépendamment, bien qu’une partie du gène partageait une structure observée dans les gènes responsables des larmes humaines, qui ne sont pas considérées comme du mucus.
Toujours selon Gokcumen :
Nous pensons que, d’une manière ou d’une autre, ce gène de la larme finit par être reconverti. Il acquiert les répétitions qui lui donnent la fonction de mucine, et il est maintenant abondamment exprimé dans la salive des souris et des rats.
Si Gokcumen et ses collègues ont raison, leurs résultats offrent aux scientifiques un nouveau mécanisme d’évolution génétique, la formation d’une nouvelle fonction génique sans le processus habituel d’un événement de duplication génique.
Cette série parallèle de mutations dans des gènes non apparentés aboutissant à la même fonction est un exemple d’évolution convergente (où la pression sélective moule la même fonction à partir d’origines biologiques non apparentées, comme les ailes de chauve-souris et d’oiseau) se produisant au niveau génétique.
Selon le généticien évolutionniste Petar Pajic de l’Université de Buffalo :
Si ces mucines continuent d’évoluer à partir de non-mucines, encore et encore, chez différentes espèces à différentes époques, cela suggère qu’il existe une sorte de pression adaptative qui les rend bénéfiques. Et puis, à l’autre bout du spectre, peut-être que si ce mécanisme déraille (se produit trop, ou dans le mauvais tissu) alors il peut conduire à des maladies comme certains cancers ou des maladies des muqueuses.
Si l’étude du mucus ne semble pas être la plus magique des entreprises scientifiques, elle n’est pas à négliger.
L’étude publiée dans Science Advances : A mechanism of gene evolution generating mucin function et présentée sur le site de l’Université de Chicago : The evolution of mucus: How did we get all this slime?