Les calmars éditent l'ARN en des milliers de sites et remodèlent leurs protéines

Les calmars réécrivent les instructions de fabrication de leurs protéines à une échelle qu'aucun autre animal connu n'égale, et ces modifications changent le rôle des protéines. Une équipe dirigée par des biologistes de l'Université de Californie à San Francisco a cartographié ce phénomène chez le calmar à nageoires longues (Doryteuthis pealeii) ; les travaux ont paru en octobre dans Cell.

Le mécanisme s'appelle l'édition de l'ARN médiée par ADAR. ADAR signifie adénosine désaminase agissant sur l'ARN, une famille d'enzymes qui modifient des lettres isolées de l'ARN, la copie temporaire d'un gène que les cellules lisent pour fabriquer une protéine. Le résultat est une protéine différente à partir du même gène, tandis que l'ADN reste inchangé. Un coauteur le décrit, en termes simplifiés, comme l'impression d'une recette dont on remplace les raisins secs par des pépites de chocolat juste avant qu'elle n'arrive chez le boulanger.

Comment l'équipe a examiné les modifications

Les humains et d'autres animaux éditent aussi l'ARN, mais les céphalopodes coléoïdes, le groupe qui comprend les calmars, les poulpes et les seiches, le font bien plus que tous les autres. Des travaux antérieurs avaient relié leur édition à la communication dans le système nerveux, peut-être en réponse à des conditions telles que les variations de température. Jusqu'à présent, on savait peu de choses sur l'effet de ces modifications sur les protéines elles-mêmes.

Les chercheurs ont examiné le protéome, l'ensemble complet d'environ 24 000 protéines, du calmar à nageoires longues. Ils ont étudié près de 8000 sites édités sur plus de 2000 protéines différentes dans deux tissus : le lobe optique, la partie du cerveau qui gère la vision et les réponses à celle-ci, et les branchies, un organe respiratoire plus simple. Le lobe optique a montré une édition plus fréquente et plus complexe, ce qui concorde avec l'idée que la forte activité d'ADAR des céphalopodes et leur système nerveux complexe, le plus complexe parmi les invertébrés, sont apparus ensemble. Les modifications se situent dans des séquences codant des protéines plutôt que dans des tronçons non codants du génome.

Ce que changent les modifications

« Nous avons constaté des effets sur l'activité des protéines, leur stabilité, leur localisation et même leur manière d'interagir avec d'autres protéines. Les effets en aval vont jusqu'à réguler la santé des organites », a déclaré à ScienceAlert le premier auteur, Jack Moen, spécialiste de biologie cellulaire et moléculaire à l'UCSF. « En éditant les instructions d'ARN servant à fabriquer les protéines, ces animaux peuvent produire des protéines aux propriétés différentes, sans changer leur ADN. »

• Certaines modifications se situent dans les protéines ADAR elles-mêmes, ce qui suggère un moyen pour les éditeurs de réguler leur propre activité.
• L'équipe a identifié 5000 protéines courtes absentes du protéome de référence du calmar et de Swiss-Prot, une base de données de protéines organisée qui couvre 14 000 organismes.
• Les protéines éditées peuvent se retrouver à un autre endroit de la cellule, passant de la périphérie vers le noyau.
• Le recodage pourrait rendre les mitochondries du calmar, les organites producteurs d'énergie de la cellule, plus proches de celles de l'humain : plus stables face à des conditions changeantes et meilleures pour se recycler.
• Il semble aussi toucher les systèmes de la créatine, qui fournissent des pics d'énergie pour les mouvements de fuite rapides et pour le traitement cérébral exigeant.

Pourquoi les chiffres sont si grands

Comme chaque modification change une seule base et laisse l'ADN intact, elle ne transmet pas de mutations nuisibles à la descendance. En comptant tous les sites trouvés dans les données de séquençage de l'ARN, a expliqué Moen, le nombre théorique de variantes de protéines possibles atteint environ 10²⁴⁸, bien au-delà du nombre d'atomes dans l'univers. « Ils décrivent une énorme diversité potentielle », a déclaré Moen. La part de cette diversité que les animaux produisent réellement reste inconnue.

Pourquoi les céphalopodes font cela et pas les autres animaux n'est que partiellement élucidé : cela tient à la structure de leurs enzymes ADAR et à d'autres raisons qui demandent davantage de recherches. Pour plus d'actualités scientifiques, consultez notre rubrique Science.