Une étude du Karolinska Institutet en Suède, entre autres, présente la théorie selon laquelle la fusion œuf-sperme, une caractéristique cruciale de la reproduction sexuée chez les plantes et les animaux, pourrait provenir d’une ancienne forme d’échange génétique qui impliquait la fusion de micro-organismes ressemblant à des bactéries. appelées archées. Les résultats, publiés dans Communication Naturepeut ouvrir une perspective entièrement nouvelle sur l’évolution du sexe.
Les protéines archées avec une activité de fusion membranaire pourraient nous aider à comprendre comment les cellules ont évolué à partir de formes apparemment simples partageant des morceaux d’ADN discrets jusqu’aux formes de vie complexes d’aujourd’hui subissant une reproduction sexuée.
Shunsuke Nishio, chercheur au Département des biosciences et de la nutrition, Karolinska Institutet, et l’un des premiers auteurs de l’étude
La fusion de l’ovule et du sperme, cellules spécialisées qui transportent l’information génétique pour la prochaine génération, est le point culminant de la reproduction sexuée. Parce que la fusion cellulaire incontrôlée est mortelle, les plantes et les animaux utilisent des protéines spéciales appelées fusogènes pour contrôler quand et où ce processus a lieu.
La nouvelle étude rapporte que les archées, des cellules ressemblant à des bactéries qui seraient apparues il y a plus de 3 milliards d’années, peuvent contenir une protéine (Fusexine 1 ou Fsx1) qui ressemble à un type de fusogène (HAP2) qui avait déjà été identifié dans des virus, des plantes et les animaux invertébrés.
Les chercheurs ont combiné la biologie évolutive computationnelle, la modélisation des protéines basée sur AlphaFold, la cristallographie aux rayons X et des études fonctionnelles pour montrer que la protéine archée Fsx1 est un véritable fusogène. C’est à la fois parce qu’il est structurellement similaire au fusogène HAP2 précédemment identifié et capable de favoriser la fusion cellule-cellule lorsqu’il est exprimé dans d’autres types de cellules.
« La fusion des gamètes fascine l’humanité depuis plus de 150 ans. Comme nous savions déjà que les protéines de type HAP2 sont utilisées pour fusionner la membrane des virus enveloppés (tels que le zika, la dengue et la rubéole) avec des cellules hôtes, nous nous sommes demandé si cette molécule clé provenait dans un virus et a ensuite été réutilisé pour la fusion de gamètes chez les plantes et les animaux ou l’inverse », explique Luca Jovine, professeur au Département des biosciences et de la nutrition, Karolinska Institutet, et l’un des auteurs correspondants de l’étude. Il continue:
« La découverte que des créatures anciennes comme les archées peuvent également contenir une protéine de type HAP2 soulève maintenant une troisième possibilité intrigante selon laquelle Fusexin1 est la molécule ancestrale dont dérivent les fusogènes viraux, végétaux et animaux invertébrés ».
L’étude était une collaboration internationale avec des groupes de recherche universitaires d’Israël, d’Argentine, d’Uruguay et de Suisse, ainsi que l’European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) en France et la société britannique d’IA DeepMind qui a développé AlphaFold.
La prochaine étape consistera à déterminer ce que les protéines Fsx1 font dans la nature, par exemple, si elles fusionnent des cellules archées – comme leurs homologues végétaux et animaux HAP2 fusionnent des gamètes – pour favoriser un échange d’ADN de type sexuel. Des études parallèles seront également nécessaires pour tracer avec précision l’histoire évolutive reliant Fsx1 et HAP2 afin d’établir fermement leur origine.
Les travaux du Karolinska Institutet ont été financés par la Fondation Knut et Alice Wallenberg et le Conseil suédois de la recherche. Shunsuke Nishio et Luca Jovine ne signalent aucun conflit d’intérêts.
