Le comportement des tumeurs pourrait expliquer la diversification des animaux sur Terre

L’apparition rapide d’une grande variété d’animaux il y a près de 543 millions d’années – lorsque la vie a évolué à partir de simples formes de vie unicellulaires vers des organismes plus complexes – intrigue les scientifiques depuis plus de deux siècles. Le Cambrien, qui marque le début fossile de pratiquement tous les groupes d’animaux principaux, y compris les ancêtres des vertébrés, a vu émerger une incroyable diversité de formes de vie. Cet événement est appelé l’«explosion cambrienne», puisqu’elle s’est produite dans l’espace d’une courte période géologique – seulement quelques dizaines de millions d’années. Avant cette explosion de l’évolution, la vie sur Terre était dominée par des micro-organismes pendant près de quatre milliards d’années.

Nous ignorons exactement les raisons qui ont déclenché ce phénomène biologique, bien qu’une explication ait été associée à l’augmentation des niveaux d’oxygène dans l’atmosphère que l’on croyait à l’origine du développement des organismes vivants plus complexes. Les chercheurs des universités Lund et du Danemark du Sud, partiellement soutenues par le projet européen OXYGEN, ont contesté cette hypothèse. Ils ont proposé d’expliquer l’évolution de la multicellularité sous un autre angle. Les résultats des recherches de l’équipe ont été publiés dans «Nature Ecology & Evolution».

En utilisant des indices issus du domaine de la biologie des tumeurs, les chercheurs ont abordé la question que l’on se pose depuis longtemps: pourquoi les animaux ont-ils évolué aussi tard et d’une manière tellement spectaculaire? Ils ont examiné les cellules souches dont la caractéristique essentielle est leur capacité de s’auto-renouveler, et ils ont vérifié si les mêmes mécanismes biologiques utilisés par de nombreuses tumeurs – pour maintenir les propriétés des cellules souches – pouvaient également correspondre à l’évolution des animaux pendant l’explosion cambrienne.

L’importance des niveaux d’oxygène

Les cellules souches, qui ont la capacité de se transformer en différents types de cellules de corps, nécessitent des niveaux d’oxygène précis, tout comme les cellules souches du cancer responsables de la croissance de la tumeur. Par ailleurs, les cellules souches n’aiment pas l’oxygène en trop grande quantité, car cela leur fait perdre la capacité de créer de nouvelles cellules, comme l’a souligné, dans l’article, l’un des membres de l’équipe qui a participé à la recherche. Les faibles concentrations en oxygène, ou l’hypoxie, affectent la croissance des tumeurs et, comme l’a laissé entendre un autre membre de l’équipe de recherche, «les cellules souches disposent donc de divers systèmes leur permettant de faire face aux effets de l’oxygène et du manque de celui-ci, ce qui est manifeste dans le cas des tumeurs».

Les chercheurs ont soutenu que «ces systèmes impliquent une protéine qui peut «tromper» les cellules [pour] les obliger à agir comme si l’environnement était hypoxique. Et elle peut également tromper les cellules pour qu’elles aient des propriétés similaires à celles des cellules souches.» En examinant la manière dont les tumeurs peuvent garder les propriétés des cellules souches, même dans un environnement à hautes concentrations d’oxygène, les chercheurs ont soutenu leur idée que les organismes multicellulaires avaient développé une manière de faire face à la grande quantité d’oxygène. Comme l’a expliqué l’un des chercheurs: «ce n’est qu’en développant ces protéines que les animaux ont pu tirer profit de l’oxygène et commencer à se diversifier».

Le projet OXYGEN (How oxygen regulates the structure and function of microbial ecosystems), qui a pris fin en 2016, a été conçu pour développer et utiliser des systèmes de détection de l’oxygène à haute sensibilité, afin d’examiner la manière dont l’oxygène régule le métabolisme des aérobies et anaérobies dans des systèmes expérimentaux et dans la nature. En utilisant ces nouvelles technologies de détection de l’oxygène, les chercheurs ont considérablement approfondi leur compréhension des dynamiques de l’oxygène dans les zones de minimum d’oxygène des océans. Ils ont également découvert que les micro-organismes dans la nature sont très bien adaptés aux concentrations d’oxygène extrêmement faibles.

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OXYGEN