Une équipe de recherche internationale dirigée par des scientifiques de l'Université de Vienne a découvert de nouvelles perspectives sur la façon dont les types de cellules et les réseaux de communication spécialisés à l'interface entre la mère et le fœtus ont évolué sur des millions d'années. Ces découvertes mettent en lumière l'une des innovations les plus remarquables de la nature – la capacité de maintenir une grossesse réussie. Les résultats viennent d'être publiés dans Écologie et évolution de la nature.
La grossesse qui dure assez longtemps pour soutenir le développement fœtal complet est une percée évolutive caractéristique des mammifères placentaires – un groupe qui comprend des humains. Au centre de cela se trouve l'interface fœtale-maternelle: le site de l'utérus où le placenta d'un bébé rencontre l'utérus de la mère, et où deux organismes génétiquement distincts – mère et fœtus – sont en contact intime et en interaction constante. Cette interface doit trouver un équilibre délicat: suffisamment intime pour échanger des nutriments et des signaux, mais suffisamment protégé pour empêcher le système immunitaire maternel de rejeter le fœtus génétiquement « étranger ».
Pour découvrir les origines et les mécanismes derrière cette structure complexe, l'équipe a analysé les transcriptomes unicellulaires – instantanés de gènes actifs dans les cellules individuelles – à partir de six espèces de mammifères représentant des branches clés de l'arbre évolutionnaire des mammifères. Ceux-ci comprenaient des souris et des cobayes (rongeurs), des macaques et des humains (primates), et deux autres mammifères inhabituels: le Tenrec (un mammifère placentaire précoce) et l'opossum (un marsupial qui se sépare des mammifères placentaires avant d'évoluer des placentas complexes).
Un « atlas de la grossesse des mammifères » cellulaire «
En analysant les cellules à l'interface fœtale-maternelle, les chercheurs ont pu tracer l'origine évolutive et la diversification des types de cellules clés impliqués. Leur objectif était de se concentrer sur deux acteurs principaux: les cellules de placenta, qui proviennent du fœtus et envahissent les tissus maternels, et les cellules stromales utérines, qui sont d'origine maternelle et répondent à cette invasion.
À l'aide d'outils de biologie moléculaire, l'équipe a identifié des signatures génétiques distinctes – des modèles d'activité génique uniques à des types de cellules spécifiques et à leurs fonctions spécialisées. Ils ont notamment découvert une signature génétique associée au comportement invasif des cellules de placenta fœtal qui sont conservées chez les mammifères depuis plus de 100 millions d'années. Cette constatation remet en question la vision traditionnelle selon laquelle les cellules placenta envahissantes sont uniques aux humains et révèle plutôt qu'elles sont une caractéristique profondément conservée de l'évolution des mammifères. Pendant ce temps, les cellules maternelles n'étaient pas non plus statiques. Les mammifères placentaires, mais pas les marsupiaux, ont acquis de nouvelles formes de production hormonale, une étape centrale vers des grossesses prolongées et une gestation complexe, et un signe que le fœtus et la mère pourraient conduire l'évolution de l'autre.
Dialogue cellulaire: entre la coopération et les conflits
Pour mieux comprendre comment fonctionne l'interface fœtale-maternelle, l'étude a testé deux théories influentes sur l'évolution de la communication cellulaire entre la mère et le fœtus.
La première, «l'hypothèse de la désambiguïsation», prédit que pendant le temps évolutif, les signaux hormonaux sont devenus clairement attribués au fœtus ou à la mère – une éventuelle sauvegarde pour assurer la clarté et empêcher la manipulation. Les résultats ont confirmé cette idée: certains signaux, y compris les protéines Wnt, les modulateurs immunitaires et les hormones stéroïdes, pourraient être clairement retracés à un tissu source.
La seconde, «l'hypothèse d'escalade» (ou «conflit génomique»), suggère une course aux armements évolutifs entre les gènes maternels et fœtaux – avec, par exemple, le fœtus stimulant les signaux de croissance tandis que le côté maternel essaie de les atténuer. Ce schéma a été observé dans un petit nombre de gènes, notamment IGF2, qui régule la croissance. Dans l'ensemble, les preuves indiquaient la signalisation coopérative affinée.
Ces résultats suggèrent que l'évolution peut avoir favorisé plus de coordination entre la mère et le fœtus qu'on ne le supposait précédemment. La soi-disant lutte contre le pouvoir mère-foetus semble se limiter à des régions génétiques spécifiques. Plutôt que de demander si la grossesse dans son ensemble est un conflit ou une coopération, une question plus utile peut être: où est le conflit? «
Daniel J. Stadtmauer, auteur principal de l'étude et chercheur au Département de biologie évolutive de l'Université de Vienne
Analyse unique: une clé de la découverte évolutive
Les découvertes de l'équipe ont été rendues possibles en combinant deux outils puissants: la transcriptomique unique – qui capture l'activité des gènes dans les cellules individuelles – et les techniques de modélisation évolutive qui aident les scientifiques à reconstruire à quoi les traits auraient pu ressembler chez les ancêtres longuement étexés. En appliquant ces méthodes aux types de cellules et à leur activité génique, les chercheurs pourraient simuler comment les cellules communiquent dans différentes espèces, et même un aperçu de la façon dont ce dialogue a évolué sur des millions d'années.
« Notre approche ouvre une nouvelle fenêtre sur l'évolution des systèmes biologiques complexes – des cellules individuelles aux tissus entiers », explique Silvia Basanta, co-auteur et chercheur à l'Université de Vienne. L'étude met non seulement la lumière sur la façon dont la grossesse a évolué, mais offre également un nouveau cadre pour suivre les innovations évolutives au niveau cellulaire – des idées qui pourraient un jour améliorer la façon dont nous comprenons, diagnostiquons ou traitons les complications liées à la grossesse.
La recherche a été menée dans les laboratoires de Mihaela Pavličev au Département de biologie évolutive, à l'Université de Vienne et à Günter Wagner à l'Université de Yale. Wagner est professeur émérite à Yale et chercheur principal à l'Université de Vienne. L'étude a été soutenue par la Fondation John Templeton et le Fonds des sciences autrichien (FWF).
