Les animaux, dont l’homme fait partie, sont constitués de cellules diverses avec des fonctions spécialisées. Par exemple, les neurones constituant le système nerveux ont un rôle dans la communication entre les cellules, les entérocytes permettent la digestion et les myocytes, cellules contractiles, constituent la musculature. Même si la diversité des cellules et leurs caractéristiques ont déjà été décrites chez de nombreuses espèces, l’origine évolutive des différents types cellulaires n’est pas connue. Comment des neurones, des entérocytes ou des myocytes se sont-ils différenciés au cours de l’évolution ? En décrivant la spécialisation des cellules de l’éponge d’eau douce Spongilla lacustris, un organisme sans système nerveux ou digestif et sans musculature organisés, l’étude[1] publiée dans Science par l’équipe de L. Moroz à l’Université de Floride, en collaboration avec l’équipe de D. Arendt au Laboratoire Européen de Biologie Moléculaire (EMBL, Heidelberg), apporte quelques réponses à cette interrogation.
Les biologistes ont étudié l’expression spécifique des gènes dans 10 000 cellules d’éponge, catégorisé ces cellules en 18 types différenciés à partir de leur profil d’expression, et caractérisé les fonctions distinctes des cellules grâce à l’identification des gènes de spécialisation. Les chercheurs ont approfondi leur analyse des types cellulaires grâce à des approches de microscopie à haute résolution et en utilisant des marqueurs d’expression des gènes.
Parmi les cellules identifiées, les endymocytes possèdent des caractéristiques de cellules musculaires, avec notamment une expression forte des protéines contractiles actines et myosines et l’expression de plusieurs gènes impliqués dans la régulation de la contraction. Comme pour certaines cellules musculaires chez l’homme, la contraction est en partie régulée par l’oxyde nitrique (NO) produit par une enzyme exprimée spécifiquement dans ces cellules. Une partie des endymocytes exprime aussi des gènes impliqués dans la détection de lumière et la régulation du rythme circadien, comme le cryptochrome. Ainsi, ces cellules sont impliquées dans la contraction de l’organisme et la photosensibilité. Par ailleurs, des fonctions similaires à la communication neuronale ont été détectées entre des cellules de type neuroïde et des choanocytes impliqués dans la digestion. En effet, des gènes responsables de la formation et du fonctionnement des synapses neuronales sont exprimés dans ces cellules. Les chercheurs concluent que les cellules neuroïdes émettent des signaux reçus par les choanocytes. Enfin, les cellules neuroïdes et les amoebocytes, des cellules mobiles dans l’éponge, auraient aussi une fonction immunitaire.
Cette étude a mis en évidence que malgré leur organisation simple, les éponges possèdent des cellules avec notamment des fonctions musculaires, permettant la contraction de l’organisme, ou avec des capacités de communication et d’intégration de signaux, régulant probablement la digestion. Par comparaison avec différents organismes, cette caractérisation détaillée suggère des processus évolutifs ayant permis la différenciation de cellules spécialisées et d’organes complexes. Par exemple, il est probable que les cellules musculaires et sensorielles aient émergé d’un précurseur commun, et que différentes cellules neuronales aient pu évoluer en parallèle, dans des environnements cellulaires distincts. Des recherches approfondies sur Spongilla et d’autres organismes proches d’un point de vue évolutif permettront de mieux comprendre la spécialisation des différents types cellulaires au cours de l’évolution.
Rédacteur – Benjamin Boumard, Attaché adjoint pour la Science et la Technologie, Atlanta, [email protected]
REFERENCES
- Musser, J. M. et al. Profiling cellular diversity in sponges informs animal cell type and nervous system evolution. Science 374, 717–723 (2021).
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj2949
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