Des microbes anciens liés à l’évolution des protéines immunitaires humaines

Lorsque vous êtes infecté par un virus, certaines des premières armes que votre corps déploie pour le combattre sont celles que nos ancêtres microbiens nous ont transmises il y a des milliards d’années. Selon une nouvelle étude de l’Université du Texas à Austin, deux éléments clés de notre système immunitaire inné proviennent d’un groupe de microbes appelés archées Asgard.

Plus précisément, les protéines viperines et argonautes, deux protéines connues pour jouer un rôle important dans le système immunitaire de toute vie complexe – des insectes aux plantes en passant par les humains – proviennent des archées Asgard. Des versions de ces protéines de défense sont également présentes dans les bactéries, mais les versions des formes de vie complexes sont plus étroitement liées à celles des archées Asgard, selon une nouvelle étude publiée dans la revue Nature Communications.

Cette recherche renforce l’idée selon laquelle toute vie complexe, appelée eucaryotes, est issue d’une relation symbiotique entre des bactéries et des archées Asgard.

« Cela confirme que les Asgards sont nos ancêtres microbiens », a déclaré Brett Baker, professeur associé de biologie intégrative et de sciences marines et auteur principal de l’étude. « Cela montre que non seulement les eucaryotes ont reçu toutes ces protéines structurelles riches que nous avons déjà vues chez les Asgards, mais maintenant cela montre que même certains des systèmes de défense des eucaryotes proviennent des Asgards. »

Les chercheurs ont identifié pour la première fois un large arsenal de systèmes de défense chez les archées qui n’étaient jusqu’alors connus que chez les bactéries.

Lorsque les vipérines détectent de l’ADN étranger, ce qui pourrait indiquer la présence d’un virus dangereux, elles modifient l’ADN de manière à ce que la cellule ne puisse plus en faire de copies, ce qui empêche le virus de se propager. Lorsque les argonautes détectent de l’ADN étranger, ils le découpent, ce qui arrête également le virus. De plus, dans les organismes plus complexes, les argonautes peuvent empêcher le virus de produire des protéines dans un processus appelé silençage de l’ARN.

« Les infections virales sont l’une des pressions évolutives auxquelles nous sommes soumis depuis le début de la vie, et il est essentiel de toujours disposer d’une forme de défense », explique Pedro Leão, aujourd’hui professeur adjoint à l’université Radboud aux Pays-Bas et chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Baker. « Lorsque les bactéries et les archées ont découvert des outils efficaces, ils ont été transmis et font toujours partie de notre première ligne de défense. »

C’est la forme d’une protéine qui détermine son fonctionnement. Les chercheurs ont comparé les protéines impliquées dans l’immunité à travers l’arbre de la vie et ont trouvé de nombreuses protéines étroitement liées. Ils ont ensuite utilisé un outil d’IA appelé ColabFold pour prédire si celles qui avaient des séquences d’acides aminés similaires avaient également des formes tridimensionnelles similaires (également appelées structures).

Cette étude a montré que les variations de la protéine vipérine conservaient probablement la même structure et la même fonction tout au long de l’arbre de la vie. Ils ont ensuite créé une sorte d’arbre généalogique, ou phylogénie, de ces séquences et structures d’acides aminés sœurs qui montraient des relations évolutives.

Finalement, les chercheurs ont pris des vipérines à partir de génomes d’archées d’Asgard, les ont clonées dans des bactéries (afin que les bactéries expriment les protéines), ont mis les bactéries au défi avec des virus et ont montré que les vipérines d’Asgard offrent en fait une certaine protection aux bactéries modifiées. Elles ont survécu mieux que les bactéries sans protéines immunitaires.

« Cette recherche met en évidence le rôle essentiel que les défenses cellulaires ont dû jouer dès le début de la vie procaryote et eucaryote », a déclaré Emily Aguilar-Pine, une ancienne chercheuse de premier cycle qui a contribué au projet. « Elle suscite également des questions sur la manière dont notre compréhension moderne de l’immunité eucaryote peut bénéficier de la révélation de certaines de ses origines les plus anciennes. »

« Il est indéniable à ce stade que les archées d’Asgard ont grandement contribué à la complexité que nous observons aujourd’hui chez les eucaryotes », a déclaré Leão. « Alors pourquoi ne seraient-elles pas également impliquées dans l’origine du système immunitaire ? Nous avons maintenant des preuves solides que c’est vrai. »

Les autres auteurs, tous de l’UT, sont Mary Little, Kathryn Appler, Daphne Sahaya, Kathryn Currie, Ilya Finkelstein et Valerie De Anda.