Que l'eau soit chaude ou froide, les pieuvres modifient l'ARN dans le cerveau pour garder la tête claire : NPR

ari daniel

La pieuvre à deux points de Californie peut éditer l'ARN de son cerveau à grande échelle, ce qui lui permet probablement de garder la tête claire dans les eaux chaudes et froides. Tom Kleindinst/Laboratoire de biologie marine masquer la légende

La pieuvre à deux points de Californie peut éditer l'ARN de son cerveau à grande échelle, ce qui lui permet probablement de garder la tête claire dans les eaux chaudes et froides.

Les pieuvres sont curieuses et intelligentes. Ils peuvent résoudre des labyrinthes et des énigmes, utiliser des outils et sont des maîtres du camouflage. Ces capacités complexes sont alimentées par leurs cerveaux sophistiqués et géants.

Maintenant, dans la revue Cell, des chercheurs rapportent que les pieuvres sont capables d'éditer des informations génétiques pour remodeler rapidement ces cerveaux lorsqu'elles sont confrontées à des changements dans leur environnement.

Ces découvertes jettent un nouvel éclairage sur l'incroyable capacité d'adaptation de ces créatures qui changent de forme et peuvent aider les scientifiques à concevoir des thérapies pour les mutations problématiques de notre propre corps.

Les pieuvres sont considérées comme l'un des animaux invertébrés les plus intelligents de la planète, avec des cerveaux sophistiqués et des systèmes nerveux complexes. Chez d'autres animaux, ces gros cerveaux doivent généralement être traités avec soin.

Pensez juste à votre propre cerveau fragile. Il est enfermé dans un crâne, baigné d'oxygène et réglé pour fonctionner à une température corporelle relativement stable. "Nous dépensons une tonne d'énergie pour maintenir une température constante", explique Josh Rosenthal, neurobiologiste au Marine Biological Laboratory de Woods Hole, Mass. "Et une grande partie de cela est nécessaire pour que notre système nerveux puisse fonctionner plus efficacement."

Trop chaud (avec de la fièvre) ou trop froid (avec de l'hypothermie) et notre cerveau crachote et commence à tomber en panne - et c'est à quelques degrés de la norme. Ainsi, nos corps maintiennent tout à une température constante.

Les pieuvres n'ont pas ce luxe. Leur cerveau nécessite autant de protection que le nôtre, mais ils sont dans des corps spongieux nageant dans une eau dont la température peut fluctuer d'environ 20 degrés.

"Il est difficile de maintenir un système nerveux complexe face aux changements de température", explique Rosenthal. "Et cela présente des défis."

Les pieuvres ont surmonté ce défi grâce à une astuce unique cachée à l'intérieur de leurs cellules. Cela a à voir avec une molécule appelée ARN, qui est utilisée pour aider à traduire l'ADN en protéines qui composent notre corps. Pour utiliser une analogie, disons que vous voulez faire une miche de pain et que vous entrez dans une bibliothèque remplie de livres de cuisine.

"Ce livre de cuisine lui-même, il est déjà imprimé et je ne peux pas changer le livre", explique Matthew Birk, biologiste à l'Université Saint Francis. "Mais ce que je peux faire, c'est en faire une copie, l'emporter chez moi dans ma cuisine", et y faire cuire le pain.

Ici, les livres de cuisine sont l'ADN, qui est codé en dur et ne change pas, le pain est la protéine que votre corps veut fabriquer et l'ARN est la copie de la recette qui explique comment le faire. L'ARN n'a pas tendance à beaucoup changer. C'est juste le messager.

Mais que se passe-t-il s'il vous manque un ingrédient, comme du beurre ?

"Si ce sont les instructions que vous avez, vous êtes un peu coulé", déclare Rosenthal. "Mais si vous savez que l'huile fonctionnerait tout aussi bien - si vous pouviez modifier cette recette et l'intégrer, cela vous donnerait de la flexibilité."

Dans le cerveau de la plupart des animaux - des poissons aux oiseaux en passant par les abeilles et les humains - seuls quelques pour cent des ARN sont modifiés. Mais dans le cerveau des pieuvres et de leurs proches, cela se produit à grande échelle, affectant plus de 60 %.

Les chercheurs se sont demandé si quelque chose dans l'environnement de ces animaux pouvait être à l'origine de tous ces ajustements, comme la température. Birk a décidé de mener une expérience avec l'aide de la pieuvre californienne à deux points, qui, une fois froissée, a à peu près la taille d'un ballon de football.

"Ils ressemblent beaucoup à votre pieuvre typique", dit Birk, "bien qu'il ait deux taches bleues irisées pour essayer d'effrayer un prédateur." Il dit qu'ils sont espiègles et bons pour se camoufler. Et leur habitat côtier dans le sud de la Californie et le nord du Mexique oscille entre des étés chauds et des hivers frais.

Au laboratoire, Birk a placé la moitié de ses pieuvres dans de l'eau plus froide et l'autre moitié dans de l'eau plus chaude. Après quelques semaines, il a recueilli l'ARN de leur cerveau.

"Nous avons constaté qu'il y avait plus de 20 000 emplacements différents sur diverses protéines différentes qui ont été modifiés", explique Birk, avec plus de peaufinage dans des conditions plus fraîches.

C'est-à-dire qu'en réponse aux changements de température, les pieuvres ont remodelé leur cerveau, vraisemblablement pour les maintenir en bon état de fonctionnement. La même chose était vraie dans la nature, où Birk collectait des individus été comme hiver en les chassant de leurs tanières sous-marines avec des jets de vinaigre.

Les pieuvres sont capables de faire ces modifications en moins d'une journée. Comparez cela à l'ADN, qui prend des générations à changer. L'ARN offre une alternative plus flexible.

La modification des ARN - l'édition des copies temporaires des recettes - entraîne des altérations des protéines qu'ils demandent à la cellule de fabriquer. Pour les pieuvres, il n'y a pas de version unique et préférée d'une protéine. Au contraire, il existe plusieurs versions de nombreuses protéines dans le cerveau de l'animal, chacune adaptée à un scénario différent.

"Cette étude montre pour la première fois que dans le même organisme, dans des conditions différentes, il exprime différentes protéines du même gène", explique Eli Eisenberg, physicien à l'université de Tel-Aviv. "Et ils ont un comportement fonctionnel différent qui est vraisemblablement adapté à la température extérieure."

On ne sait toujours pas comment ces changements pourraient affecter une pieuvre dans sa vie quotidienne.

"Ce serait bien de voir à l'avenir quels types de comportements sont affectés par ces différents types de changements - leur vitesse de réaction, leur capacité à se camoufler", déclare Robyn Crook, neurobiologiste à l'Université d'État de San Francisco qui n'a pas participé à la recherche.

Parce que les pieuvres font plus d'édition à des températures plus fraîches, Crook souligne également que la stratégie peut ne pas les aider face au changement climatique et au réchauffement des océans. Bien que ces pieuvres puissent fonctionner dans une gamme de températures, elle dit que ce n'est peut-être pas "un mécanisme viable pour échapper aux changements environnementaux résultant de l'activité humaine".

Bien que les pieuvres vivent des vies si différentes des nôtres, leur cerveau unique pourrait un jour nous être utile.

"Nous essayons de comprendre comment capturer cette capacité pour l'utiliser à des fins thérapeutiques", explique Birk, comme la réduction de la douleur ou la réparation des mutations nuisibles qui causent la maladie.

Les pieuvres, dit-il, ont beaucoup à nous apprendre.

"Ils sont fascinants et intéressants, pas seulement à l'extérieur, où nous pouvons tous voir", dit Birk. "Mais aussi à l'intérieur."