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Deux petites mutations ont conduit à un énorme bond dans l'évolution hormonale
Parfois, l'évolution prend d'énormes progrès au lieu de petites étapes. Un exemple est apparu cette semaine dans un article publié en ligne dans le journal. Actes de l'Académie Nationale des Sciences (PNAS) où des chercheurs américains décrivent comment ils ont ressuscité d'anciennes protéines dans le laboratoire, reproduit les modifications génétiques qui ont eu lieu il y a 500 millions d'années et découvert que deux mutations clés ont déclenché un saut d'évolution des protéines d'assumer leurs rôles essentiels actuels.
Le chef de l’étude, Joe Thornton, professeur de génétique humaine et d’écologie et d’évolution à l’Université de Chicago, et ses collègues, ont ressuscité et peaufiné des gènes ancestraux d’hormones qui sont importants pour la reproduction humaine, le développement, l’immunité et le cancer.
"Les changements dans seulement deux lettres du code génétique dans notre passé évolutif profond ont provoqué un changement massif dans la fonction d'une protéine et ont déclenché l'évolution de nos systèmes hormonaux et reproducteurs actuels", explique Thornton dans un communiqué.
Si l'évolution avait pris un cours différent de celui de ces deux mutations, le corps humain utiliserait des mécanismes biologiques très différents pour gérer le stress, l'inflammation, la libido, la grossesse et le développement de différences masculines et féminines lors de la puberté.
Lui et ses collègues croient qu'en comprenant mieux comment les protéines et les gènes qui les codent ont évolué, nous pouvons concevoir de meilleurs médicaments et anticiper la manière dont les mutations pourraient causer des maladies.
Par exemple, son équipe et son équipe ont choisi d'étudier un ensemble de protéines appelées récepteurs d'hormones stéroïdiennes, sans lesquelles les hormones qui contrôlent la reproduction et le développement ne peuvent pas réguler le comportement cellulaire (les récepteurs ressemblent à des stations d'accueil sans station d'accueil appropriée). l'hormone ne peut pas s'attacher à une cellule et affecter son comportement.
Avant cette étude, les scientifiques ne savaient pas comment les différents récepteurs des stéroïdes distinguaient les ?strogènes des autres types d'hormones.
Thornton et ses collègues ont travaillé sur un lien commun entre tous les récepteurs hormonaux et ont trouvé une ancienne protéine qui ne reconnaissait que l’?strogène, puis ont suivi les étapes pour évoluer en protéines qui reconnaissent la testostérone, la progestérone et le cortisol, une hormone du stress.
Ils ont construit un modèle informatique pour les aider à remonter l’arbre de vie qui a produit le code génétique dans les récepteurs d’aujourd’hui. Ils en ont déduit les séquences génétiques des anciennes protéines réceptrices. Ils ont ensuite fabriqué ces anciennes séquences d'ADN en laboratoire et ont utilisé des tests moléculaires pour déterminer leur sensibilité à différentes hormones.
Ils ont réduit la fenêtre au cours de laquelle la capacité de reconnaître les hormones non-?strogènes est apparue à une période qui s'est produite il y a environ 500 millions d'années. Ce serait avant l'émergence des vertébrés (espèces à colonne vertébrale).
En identifiant la fenêtre, ils pouvaient alors examiner les mutations survenues au cours de cette période, les introduire une par une dans les protéines ressuscitées et mesurer leur influence sur la structure et la fonction du récepteur.
C'est lors de cette recherche qu'ils ont trouvé juste deux changements dans la séquence du gène récepteur ont provoqué un changement de préférence de 70 000 fois: loin des oestrogènes à d'autres hormones stéroïdes.
En utilisant d'autres techniques, l'équipe a constaté que même si seuls quelques atomes se sont déplacés dans la protéine, le changement a radicalement modifié le schéma de signalisation entre récepteur et hormone. Le changement de mode de signalisation a fondamentalement modifié le cours de la reproduction humaine, du développement, de l’immunité et même du cancer.
Thornton affirme que leurs résultats montrent que de minuscules changements dans le code génétique peuvent déclencher d’immenses sauts évolutifs menant à de nouvelles fonctions moléculaires.
Il note également qu'un certain nombre d'autres mutations, ainsi que les deux petites modifications du code génétique des récepteurs, ont été nécessaires pour produire le changement radical dans la structure de la signalisation hormonale.
Des subventions des National Institutes of Health, de la National Science Foundation et du Howard Hughes Medical Institute ont permis de financer cette étude.
Ces organisations ont également aidé à financer une autre étude intrigante publiée en 2011, où des chercheurs ont révélé que les voies de signalisation des récepteurs de plantes et d'animaux convergeaient au cours de l'évolution. Ils ont découvert que même si les plantes prenaient un chemin d'évolution différent de leurs cousins ??animaux, elles sont arrivées à des solutions similaires à un problème commun: comment recevoir et traiter les signaux entrants de manière fiable.
Écrit par Catharine Paddock PhD
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