L’enquête génomique découvre les origines évolutives des secrétoglobines

Lors d’une conférence à Washington, DC, en 2000, la Secréoglobine Super Family of Proteins a été nommée pour classer les protéines avec des similitudes structurelles avec son membre fondateur de l’utéroglobine. Maintenant, 25 ans plus tard, il est encore peu connu sur les fonctions de base de ces protéines, incitant les chercheurs à l’Institut Carl R. Woese de biologie génomique à plonger dans leurs origines évolutives.

Cette enquête bioinformatique a rapporté que les secrétoglobines, ou SCGBS, considérées comme exclusives aux mammifères – sont également trouvées dans les tortues, les crocodiliens, les lézards et les oiseaux. Ces nouvelles découvertes, publiées dans Biologie et évolution du génomesuggèrez que ces protéines ont évolué plus tôt que les dinosaures et partagent une fonction de base qui n’est pas encore découverte.

“Nous avons une série de gènes SCGB au sein du génome humain, mais personne ne sait quelle est leur fonction”, a déclaré Christina Laukaitis (EIRH / RBTE), professeur agrégé de clinique au Carle Illinois College of Medicine.

“Si nous voulons nous comprendre, nous devons comprendre ce que nous partageons et ne partagez pas avec d’autres organismes. Nous espérons qu’en identifiant ce que les autres organismes ont ces gènes, nous pouvons déterminer une fonction protéique partagée.”

“Un premier principe de biologie est la question de la structure contre la fonction”, a déclaré Bob Karn (GNDP), professeur au Département des sciences biomédicales et translationnelles au Carle Illinois College of Medicine. “Il s’agit d’un cas classique où nous connaissons les structures des SCGBS, mais dans la plupart des cas, pas leurs fonctions.”

Bien que leurs principales fonctions biologiques soient encore inconnues, les chercheurs ont montré que les gènes SCGB qui codent pour les protéines SCGB sont exprimés dans les tissus épithéliaux sécrétoires. De plus, la dérégulation de ces gènes peut avoir des implications dans les maladies pulmonaires et les voies respiratoires, les maladies rénales, l’inflammation et le cancer.

“Cependant, aucune de ces fonctions de base, mais plutôt ce qu’elles font dans les bonnes circonstances”, a déclaré Laukaitis.

Le défi est que les SCGBS sont principalement étudiés dans le contexte de la santé humaine et des maladies et dans des organismes modèles communs comme les souris, les rats et les lapins. À partir de ce point de vue limité, une grande partie de l’histoire est incomplète, ce qui rend difficile de déterminer les fonctions de base de ces protéines.

“Personne n’a regardé au-delà des mammifères, donc la question fondamentale que nous posons est de savoir si nous pouvons trouver les SCGBS chez les non-mammifères. Il s’agissait d’une étude bioinformatique de tous les génomes disponibles de différents groupes d’organismes pour déterminer qui a les différents membres de cette famille de Secréoglobine, essentiellement un projet de génomique comparatif”, a déclaré Laukaitis.

Karn et Laukaitis ont effectué une plongée profonde dans les génomes animaux, en utilisant des méthodes bioinformatiques pour rechercher des gènes SCGB. Certains des gènes identifiés dans l’étude étaient précédemment prédits à l’aide des algorithmes d’information du Centre national de biotechnologie du NIH. Cependant, ils n’ont jamais été organisés pour leurs caractéristiques structurelles ou officiellement publiés dans la littérature scientifique.

En utilisant la génomique comparative, Karn a également découvert de nouvelles séquences de gènes en utilisant manuellement l’outil BLAT à l’Université de Californie, le navigateur du génome de Santa Cruz pour les alignements des séquences de gènes, puis la création de phylogénies SCGB.

Les résultats globaux de leur étude ont été surprenants. Non seulement les SCGB sont trouvés au-delà des mammifères, mais ils ont une présence généralisée sur différentes espèces de tortues, de crocodiliens, de lézards et d’oiseaux. En outre, les données suggèrent que les SCGBS ont évolué dans les premiers aminotes il y a 320 millions d’années pendant la période carbonifère, avant que les dinosaures ne parcourent la Terre.

“Les Secréoglobines semblent être une invention amniote”, a déclaré Karn.

Amniota, des reptiles qui n’ont pas besoin de pondre leurs œufs dans l’eau, est un grand groupe de tétrapodes terrestres et semi-camarades vertébrés qui se compose de deux clades principaux: les synapsides et les sauropsides. Les humains et autres mammifères font partie du clade synapside.

“Lorsque nous sommes retournés aux amphibiens, aux poissons et aux invertébrés, il n’y avait aucune indication de gènes SCGB. Donc, cela semble être une ligne très claire”, a déclaré Karn.

L’établissement de l’origine évolutive de ces protéines jette les bases des études futures afin d’étudier les fonctions partagées de base de la famille des protéines SCGB. Une hypothèse que l’équipe a confirmée est qu’un groupe de SCGBS joue un rôle dans la communication animale.

“Ce groupe de SCGBS est appelé des protéines de liaison aux androgènes, ou ABP, et ils ne se trouvent que chez les mammifères. Dans notre travail avec des souris, nous ne les avons trouvés que dans les glandes du visage et du cou. Étant donné que la première chose que les rongeurs font lorsqu’ils se rencontrent, a déclaré Karn.

“Et nos autres travaux ont montré qu’ils préfèrent s’accoupler avec des souris qui partagent leur propre type d’ABP. En d’autres termes, ils médient la sélection sexuelle dans la population de la souris.”

À l’avenir, Karn et Laukaitis prévoient d’explorer davantage cette hypothèse et espèrent que dans l’ensemble, leurs résultats apportent une excitation renouvelée pour ce domaine de recherche.

Karn a déclaré: “Beaucoup de ces SCGB pourraient être précieux pour les problèmes médicaux. Étant donné que personne ne sait ce que font ces petites protéines de type cytokine, ils pourraient très bien être impliqués dans quelque chose que nous devons savoir. Le groupe de biologistes évolutifs et de généticiens qui se dirigeaient il y a 25 ans.