Insixts sur l'expression génique de C. elegans et C. briggsae

Les animaux ont une variété de Types de cellules qui se sont développés au fil des millions d'années. Même si beaucoup de ces types de cellules, comme les neurones, les cellules musculaires et les cellules de la peau, se ressemblent entre différentes espèces, d'autres ont évolué pour répondre à des besoins spécifiques. Les différences dans la fonction des cellules proviennent souvent de changements dans l'expression des gènes, et les scientifiques étudient activement comment ces changements se produisent au fil du temps.

#Facteurs dans le développement cellulaire

Le développement des cellules animales peut être influencé par plusieurs facteurs. Les changements dans l'expression des gènes au sein de types cellulaires similaires peuvent soit maintenir leurs fonctions identiques, soit les changer complètement. De plus, des variations de timing dans le développement ou des variations dans le nombre ou la position des cellules peuvent aussi jouer un rôle. Même quand les espèces sont très différentes sur le plan génétique, les chercheurs constatent que de nombreuses fonctions cellulaires restent similaires selon les schémas d'expression des gènes.

Néanmoins, les études sur des espèces apparentées montrent que l'apparence des cellules peut rester constante, même si les gènes qui les contrôlent changent considérablement. Cette idée, connue sous le nom de "Developmental System Drift", suggère que des changements dans la manière dont les gènes s'expriment peuvent mener à des résultats différents dans les types de cellules. Le défi reste de comprendre les limites de ces changements et comment ils évoluent. Comparer l'expression des gènes à travers différents types de cellules peut aider à identifier les caractéristiques principales de chaque type de cellule et comment elles s'adaptent à leurs rôles dans un organisme.

#Avancées en génomique unicellulaire

Des nouvelles technologies appelées génomique unicellulaire permettent aux chercheurs d'examiner de près l'expression des gènes à travers différents états cellulaires dans les embryons en développement. En comparant les données d'expression des gènes d'espèces différentes, les scientifiques peuvent identifier des états cellulaires communs et uniques, ainsi que des changements dans leur abondance et leur expression.

Par exemple, les chercheurs étudient les embryons des nématodes, en particulier une espèce appelée C. elegans, pour voir comment des types de cellules similaires se développent. Les embryons de C. elegans passent par une séquence connue de divisions cellulaires pour produire un nombre fixe de types de cellules. Cette lignée est très similaire à une autre espèce apparentée, C. briggsae, même si leurs génomes diffèrent considérablement.

L'expression des gènes dans C. elegans est bien documentée, avec de nombreuses études cartographiant les gènes et leur activité à travers diverses étapes. La plupart des études définissent les types cellulaires en fonction de marqueurs spécifiques, bien que cela reste un sujet de débat parmi les scientifiques. Les espèces de nématodes offrent une occasion unique de valider ces types en raison de leur vaste cartographie.

#Comparaison de l'expression des gènes entre C. elegans et C. briggsae

Dans une étude récente, les chercheurs ont comparé l'expression des gènes dans plusieurs centaines de milliers de cellules provenant des embryons de C. elegans et C. briggsae. Ils ont découvert que l'expression d'un gène est souvent liée à sa fonction, son importance et la manière dont il est exprimé dans l'ensemble de l'organisme. Les différences d'expression étaient les plus notables dans certains types de cellules comme les neurones et les cellules mésodermiques spécialisées. Cependant, de nombreux autres types, comme les cellules germinales et les cellules musculaires, avaient des schémas plus constants.

De plus, les chercheurs ont noté que certains gènes ont des relations complexes qui affectent leur expression à travers les espèces. Ils ont souvent trouvé que certains gènes uniques à des types cellulaires spécifiques montraient des niveaux de changement plus élevés durant le développement précoce.

#Collecte de données à partir des embryons

Pour cette étude, des embryons de la souche C. briggsae ont été préparés pour le séquençage RNA unicellulaire. Les chercheurs visaient à rassembler une gamme diversifiée de types cellulaires, s'assurant qu'ils capturent les Étapes de développement depuis la gastrulation précoce jusqu'aux cellules entièrement différenciées. Après traitement, ils ont fini avec un ensemble de données substantiel qui a permis des comparaisons détaillées avec l'ensemble de données C. elegans déjà existant.

L'accent était principalement mis sur un ensemble spécifique de gènes avec des relations connues entre les deux espèces. Cela a permis aux chercheurs d'analyser comment les mêmes gènes fonctionnaient à travers différentes étapes de développement et à quel point les deux espèces étaient étroitement liées en termes d'expression génique.

#Trouver des similitudes dans les types cellulaires

Malgré les différences génétiques évidentes, les chercheurs s'attendaient à ce que les identités de destin cellulaire restent assez conservées entre les deux espèces. En analysant les schémas d'expression des gènes, ils ont pu créer un espace partagé où ils pouvaient analyser conjointement les deux ensembles de données. Ils ont trouvé que de nombreux groupes de cellules des deux espèces étaient mélangés, indiquant que les processus biologiques sous-jacents étaient similaires.

Les scientifiques ont réussi à identifier plusieurs types cellulaires terminaux dans les deux espèces et ont constaté que la plupart étaient cohérents en termes de leurs marqueurs d'expression. Cela a fourni de fortes preuves que les types de cellules étaient homologues, signifiant qu'ils partagent une ascendance commune.

#Schémas d'expression à travers différents types cellulaires

Lorsque les chercheurs ont analysé l'expression des gènes à travers différents types cellulaires, ils ont observé une variété de schémas de conservation. Certains gènes montraient une expression large et une conservation, tandis que d'autres étaient exclusivement exprimés dans des types cellulaires spécifiques. Il y avait aussi des gènes qui, bien qu'ayant des schémas d'expression conservés, montraient des différences significatives dans les niveaux d'expression entre les espèces.

L'analyse a révélé que certains facteurs de transcription, qui jouent un rôle crucial dans l'activation et la désactivation des gènes, affichaient des schémas d'expression constants. En revanche, les gènes liés à des fonctions spécifiques, en particulier ceux connectés aux neurones, avaient tendance à diverger davantage.

Dans l'ensemble, la plupart des gènes ont montré des schémas d'expression conservés. Cependant, un sous-ensemble plus petit de gènes a montré des différences considérables dans leurs profils d'expression, en particulier ceux exprimés à des niveaux plus bas ou dans moins de types cellulaires.

#Conservation de l'étendue d'expression des gènes

L'étendue de l'expression, mesurée par la façon dont chaque gène fonctionne à travers différents types cellulaires, a été trouvée hautement conservée entre les deux espèces. La plupart des gènes largement exprimés ont montré un niveau élevé de conservation, tandis que des gènes spécifiques ont montré une plus grande variabilité dans les schémas d'expression. Cela indique que les gènes maintiennent souvent des rôles similaires à travers les lignes évolutives.

Les chercheurs ont catégorisé les gènes en fonction de leurs schémas d'expression puis ont lié ces données à leurs fonctions biologiques. Ils ont constaté que les gènes essentiels au développement avaient tendance à montrer des schémas d'expression plus stables que ceux qui étaient moins cruciaux.

#Investigation des différences dans les transcriptomes

En analysant les données unicellulaires, les chercheurs ont pu explorer non seulement comment des gènes individuels ont évolué mais aussi comment des types cellulaires entiers pourraient différer dans leurs profils d'expression. En utilisant une métrique appelée Jensen-Shannon Distance, ils ont mesuré les différences globales dans l'expression des gènes entre des types cellulaires homologues des deux espèces.

Les résultats ont montré que bien que certains types cellulaires aient une grande similarité dans l'expression des gènes, d'autres, comme certains neurones, ont montré une divergence considérable. Il a été constaté que la similarité globale pouvait varier significativement selon les fonctions des cellules comparées.

#Similarité d'expression entre les classes cellulaires

Les données ont clairement indiqué que les types cellulaires ont tendance à être plus semblables à leurs homologues qu'à des homologues non relatifs au sein de la même espèce. Certains groupes de cellules, comme les cellules musculaires et intestinales, ont montré des niveaux de similarité plus élevés, indiquant des schémas d'expression partagés. Cependant, les types de cellules spécialisés, comme les neurones, ont montré une plus grande divergence.

En examinant les profils d'expression, les chercheurs ont noté que des populations entières de types cellulaires au sein d'une classe pouvaient être comparées pour identifier des caractéristiques partagées. Les résultats suggèrent que certaines fonctions dans l'expression cellulaire sont conservées à travers les espèces, tandis que d'autres ont subi des changements évolutifs.

#Comparaisons du transcriptome des Cellules progénitrices

La lignée partagée de C. elegans et C. briggsae offre une opportunité de comparer directement les cellules progénitrices entre les deux espèces. Les chercheurs ont utilisé des métriques similaires à celles précédemment pour évaluer les similarités d'expression des gènes parmi les cellules progénitrices.

La plupart des états progéniteurs se sont révélés plus similaires à leurs états correspondants dans l'autre espèce que à différents types progéniteurs. Cela indique que les profils d'expression embryonnaires précoces sont conservés même pendant que le développement progresse. L'examen de ces profils a également révélé que les cellules progénitrices de différentes lignées partageaient souvent des signatures d'expression communes.

Les chercheurs ont aussi analysé comment la similarité dans l'expression des gènes variait en fonction du développement. Ils ont trouvé que la similarité globale entre les cellules progénitrices suivait un certain schéma, diminuant durant les premières étapes mais devenant plus cohérente durant les étapes ultérieures.

#Implications évolutives dans l'expression des gènes

Les données collectées de cette recherche mettent en avant le paysage évolutif complexe qui gouverne l'expression des gènes à travers différentes espèces. Bien que de nombreuses fonctions des gènes restent stables, des changements significatifs dans des familles de gènes spécifiques indiquent que l'évolution peut modifier la manière dont les cellules expriment leurs gènes.

Comprendre le degré de conservation dans la fonction des types cellulaires offre des aperçus précieux sur la façon dont les systèmes évoluent. Les études qui se concentrent sur les données unicellulaires fournissent une image plus claire de la manière dont l'expression des gènes peut varier dans différents contextes et au cours du développement.

#Conclusion

En résumé, l'étude de l'expression des gènes dans C. elegans et C. briggsae a révélé des informations significatives sur la conservation évolutive des types cellulaires et de leurs fonctions. Grâce à des techniques de séquençage avancées, les chercheurs ont commencé à comprendre l'équilibre complexe entre stabilité et changement dans l'expression cellulaire.

En se concentrant sur les types cellulaires terminaux et progéniteurs, les scientifiques reconstituent l'histoire évolutive de l'expression des gènes et ses implications pour le développement. Cette recherche éclaire non seulement la spécificité de la fonction des gènes mais soulève aussi des questions sur la nature de la diversité évolutive à travers des espèces apparentées.

Les ensembles de données générés par cette recherche fournissent une ressource précieuse pour de futures études, permettant une exploration plus approfondie des complexités de l'expression des gènes et de ses rôles dans les processus évolutifs qui façonnent la vie telle que nous la connaissons.