Le mystère des céphalopodes mutants

Les céphalopodes ont déjà eu les honneurs de ce blog par deux fois, lorsque nous avons parlé de leur aptitude remarquable pour le camouflage, et des cristallines qui leur donnent de beaux yeux, mais nous sommes encore loin d’avoir fait le tour des facultés de cette extraordinaire famille animale !

Si toutes les cellules d’une même organisme possèdent le même patrimoine génétique, qui serait un peu son grand mode d’emploi de la vie, celles-ci ne sont néanmoins pas identiques entre elles, bien loin de là, et peuvent présenter de fortes variations dans l’espace (dans divers organes) et dans le temps. Pour introduire de la variété à partir d’une base commune, la nature a plusieurs stratégies. On a déjà parlé d’épigénétique sur ce blog, soit l’annotation de l’ADN à l’aide de petits post-it chimiques qui peuvent ensuite être retirés. Une fois les protéines sorties du ribosome, il est également possible de les customiser à l’aides de modifications post-traductionnelles, des modifications chimiques de certains acides aminés qui pourront changer l’activité protéique. Mais il existe également une troisième stratégie, qui consiste cette fois à changer les ARN messagers, après l’étape de transcription de l’ADN, et avant leur traduction en séquence d’acides aminés par le ribosome.

Ce phénomène d’édition de l’ARN, qui a été découvert il y a près de 40 ans, est très rare chez l’humain, où il concerne moins de 3% des ARNm. Mais il est par contre extrêmement fréquent chez les céphalopodes, et plus particulièrement chez les coléoïdes, le sous-groupe qui comprend les poulpes, les seiches et les calmars, en opposition au sous-groupe des nautiles où le phénomène est beaucoup moins répandu. De plus, les sites d’éditions de l’ARN sont très conservés chez les différents coléoïdes, et cette flexibilité génétique, qui permet de produire plusieurs variants d’une même protéine de base, mais sans modifier l’ADN, serait le fruit d’un long processus évolutif. Et bien entendu, à l’origine de ce super pouvoir, il y a des protéines. Comme par exemple les ADAR (pour Adenosine DeAminase on RNA), des enzymes qui vont transformer les bases adenosine de l’ARN en inosine (qui sera lue comme une guanine par le ribosome durant la traduction).

Cette capacité de « muter à la demande » permettrait à ces animaux de s’acclimater plus facilement, et plus rapidement, à un environnement très variable, notamment en température. Ainsi, deux études récentes sur le poulpe et le calmar ont mis en évidence un recodage de leurs protéines, notamment au niveau neuronal, suite à des changements de température. Chez les poulpes, le taux d’édition de l’ARNm augmente en quelques heures lorsque l’eau de leur bassin est refroidie de 24° à 14°C, et cet effet est réversible lors que l’on remonte la température. Ce recodage concerne notamment la synaptotagmine, une protéine impliquée dans la transmission du signal au niveau de la synapse. Et il semble que les mutations dans la séquence protéique induites par l’édition de l’ARNm modifieraient la capacité de la protéine à fixer les ions calcium, et par là son activité biologique.

Côté calmar, une équipe de recherche américaine a montré que le refroidissement de l’eau induit l’apparition de variants pour la kinésine et la dynéine, ces protéines motrices qui se déplacent le long des microtubules (le réseau routier cellulaire). Alors que les basses températures ont tendance à ralentir le mouvement des protéines motrices, les mutations induites par l’édition de l’ARN permettent d’améliorer la mobilité de ces protéines. Il s’agit donc d’une méthode d’adaptation, temporaire, à une baisse de la température de l’eau.

Au final il nous reste encore beaucoup de choses à comprendre sur cette stratégie particulière de modulation de l’expression génétique, qui n’a été identifiée chez les céphalopodes qu’il y a une dizaine d’années. Et dans la mesure où ce phénomène se produit tout particulièrement au niveau du système nerveux des coléoïdes, les scientifiques se demandent s’il peut être relié aux capacités cérébrales remarquables de ces animaux.