Bioluminescence chez Amphiura filiformis (O.F.Müller): histoire évolutive et expression de la luciférase

Abstract

La bioluminescence, c’est-à-dire, l’émission et la production de lumière par les organismes vivants, est un phénomène très répandu dans le milieu marin. Ce processus, présent dans de nombreux phyla, est associé à une grande diversité de fonctions biologiques et d’un point de vue moléculaire, différents systèmes photogènes (enzymes luciférases et substrats luciférines) sont utilisés par les organismes lumineux. Concernant les enzymes, diverses luciférases sont apparues de manière convergente dans l’évolution et celles-ci sont souvent spécifiques au taxon considéré. Pourtant, l’ophiure Amphiura filiformis utilise une luciférase homologue avec la luciférase d’un cnidaire (Renilla reniformis), une situation étonnante étant donné l’éloignement phylogénétique des deux organismes. Le premier objectif de ce travail visait à mieux comprendre l’évolution des gènes de luciférases au sein de ces deux lignées. Ces questions ont été examinées par des recherches in silico, comprenant notamment la construction d’arbres phylogénétiques basés sur la recherche de séquences homologues dans l’ensemble du vivant et l’étude de la structure des gènes de luciférase. Les résultats de ces recherches suggèrent que la présence de l’enzyme luciférase chez A. filiformis et chez R. reniformis serait le résultat d’un ou plusieurs évènement(s) de transferts horizontaux de gènes à partir des bactéries. La fonction ancestrale associée aux “gènes bactériens” (haloalkane déhalogénase) aurait été conservée chez certains taxa mais chez les cnidaires et les échinodermes, on suspecte une cooptation -apparue de manière parallèle dans les deux lignées- de gènes ancestraux en gènes codant pour une enzyme luciférase ou une enzyme bifonctionnelle (haloalkane déhalogénase-luciférase). Le second objectif du travail consistait à caractériser l’expression de l’enzyme luciférase au sein des tissus de l’ophiure afin de compléter les données existantes et de mieux comprendre les aspects cellulaires de la bioluminescence de l’espèce. L’expression de la luciférase a été investiguée par des immunodétections réalisées à l’aide de différents anticorps dirigés contre la luciférase de R. reniformis. Ces expériences ont montré l’expression de l’enzyme au niveau des piquants de l’ophiure correspondant au siège d’émission de la lumière chez cette espèce, et deux patrons d’expression ont été révélés : un marquage localisé à la base des piquants ainsi qu’un marquage longiforme s’étendant tout au long du piquant. D’autres sites d’expression potentiels ont été localisés au niveau de l’épiderme du bras et des podia. Les résultats reflètent une évolution complexe des gènes de luciférase à travers l’arbre de la vie et encouragent des études complémentaires sur la compréhension de la dynamique cellulaire de la bioluminescence chez cette ophiure.