CI-DESSUS: Une femelle Melanocetus johnsonii de 75 mm de long avec un mâle de 23,5 mm de long attaché à son ventre
EDITH A. WIDDER
Le poisson-pêcheur d’eau profonde de Krøyer, Ceratias holboelli, ne fraie pas, ne copule pas et ne fait rien qu’un poisson ferait habituellement pour s’accoupler. Au lieu de cela, le mâle — juste quelques pouces de long — s’attache au corps de la femelle relativement gigantesque et ne lâche jamais. Lentement, son corps se transforme en le sien, ses cellules devenant les siennes, y compris ses testicules, qui servent à produire une progéniture. Alors qu’il disparaît, deux individus ne font plus qu’un — portant le concept de monogamie à un nouveau niveau.
Le sous-ordre des poissons de haute mer, composé de près de 170 espèces connues, affiche sans doute les habitudes d’accouplement les plus spectaculaires du règne animal. Chez certaines espèces, les mâles ne s’attachent que temporairement aux femelles, puis se séparent. Chez d’autres, comme C. holboelli, les mâles « fusionnent” en permanence avec les femelles, ou les femelles absorbent plusieurs mâles — dans certains cas jusqu’à huit à la fois.
Parmi les nombreux mystères entourant ces rendez-vous en haute mer — ils n’ont été filmés que pour la première fois en 2018 — figure un mystère immunologique. Chez pratiquement tous les autres vertébrés adultes, l’introduction de tissus d’un individu dans un autre provoquerait une puissante réponse immunitaire attaquant les cellules étrangères. Pourquoi la femelle, immunologiquement parlant, ne rejette-t-elle pas ces mâles parasites?
Une nouvelle analyse génomique de 13 espèces de pêcheurs publiée aujourd’hui (30 juillet) dans Science fournit quelques indices. Les génomes des espèces qui fusionnent temporairement ou définitivement avec leurs partenaires ont subi des modifications radicales des gènes clés qui sous—tendent l’immunité adaptative — une branche du système immunitaire responsable du rejet des tissus étrangers – faisant de certains d’entre eux les premiers cas connus de vertébrés qui manquent effectivement d’un système immunitaire adaptatif. Au cours de l’évolution, des changements dans les gènes impliqués dans la production d’anticorps et les réponses des lymphocytes T cytotoxiques ont peut-être ouvert la voie aux étranges habitudes de reproduction des animaux, tandis que pour les scientifiques, cela soulève des questions sur la façon dont les poissons se défendent contre les agents pathogènes en haute mer.
« C’est assez choquant”, remarque la généticienne Elizabeth Murchison de l’Université de Cambridge qui n’a pas participé à l’étude. « Je suppose que nous ne devrions pas avoir trop d’idées préconçues sur ce qui est et n’est pas possible dans la nature. L’évolution produit toutes sortes de résultats loufoques, et c’est l’un d’entre eux. »
L’immunologiste Thomas Boehm et ses collègues de l’Institut Max Planck d’Immunologie et d’épigénétique en Allemagne ont longtemps voulu savoir comment certaines espèces de poissons peuvent former des fusions corporelles entre individus, et se sont lancés dans une analyse des génomes des animaux. Les échantillons biologiques des grands fonds sont difficiles à trouver, mais avec l’aide de l’ichtyologiste Theodore Pietsch, expert des poissons de grande profondeur à l’Université de Washington, l’équipe a pu obtenir des échantillons de tissus de plusieurs collections de spécimens.
Boehm et ses collègues ont séquencé l’ADN de 31 spécimens, représentant 13 espèces de poissons d’eau profonde. Cela comprenait quatre espèces qui s’accouplent par attachement temporaire et six espèces qui forment des fusions permanentes – trois d’entre elles de manière individuelle, et trois qui ont plusieurs mâles fusionnent avec une seule femelle. L’équipe a également inclus trois espèces témoins d’autres groupes de pêcheurs dans lesquels les mâles ne s’attachent jamais aux femelles.
L’équipe a examiné une poignée de gènes bien caractérisés connus pour être des acteurs clés de la réponse immunitaire adaptative. Tout d’abord, ils ont examiné les gènes codant pour les protéines de classe I et II du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) des poissons, des molécules de surface cellulaire qui diffèrent d’un individu à l’autre et permettent aux lymphocytes T de distinguer les propres cellules du corps des cellules étrangères. Ce sont les récepteurs du CMH de classe I qui poussent les lymphocytes T cytotoxiques à attaquer les cellules étrangères dans les contextes de transplantation tissulaire.
Il est intéressant de noter que les six espèces qui s’attachent en permanence ont toutes présenté des altérations inhabituelles et significatives de leurs gènes MHC, qui étaient encore plus graves chez les trois espèces chez lesquelles plusieurs mâles fusionnent avec chaque femelle. Les chercheurs ont également trouvé des altérations dans les gènes codant pour les récepteurs des lymphocytes T cytotoxiques qui interagissent avec les protéines de classe I du CMH. Dans les six attacheurs permanents, par exemple, deux gènes codant de tels récepteurs étaient entièrement manquants, ce qui suggère que le démantèlement de la réactivité cytotoxique des lymphocytes T pourrait être nécessaire pour permettre à différents individus de la pêche à la ligne de s’accoupler.
Étant donné que les anticorps dirigés contre des tissus étrangers sont également connus pour provoquer des complications chez les patients lors de greffes de tissus, l’équipe a également examiné certains gènes qui sous-tendent la génération d’anticorps. Bien que bon nombre de ces gènes semblaient intacts chez la plupart des espèces de pêcheurs, ils ont constaté que l’aicda, qui joue un rôle important dans la création d’anticorps spécifiques, était effectivement absente chez les 10 espèces qui forment des attachements temporaires ou permanents, alors qu’elle était intacte chez les trois espèces témoins. Certains gènes rag, qui sont également impliqués dans la formation d’anticorps, avaient accumulé des mutations délétères chez des espèces qui s’accouplent en groupes de mâles, alors que ces gènes étaient relativement intacts chez des espèces qui s’apparient de manière individuelle comme C. holboelli.
Dans l’ensemble, plus l’attachement entre partenaires est extrême, plus les changements dans les gènes de l’immunité adaptative semblent être extrêmes, note l’équipe. Alors que l’attachement temporaire ne semblait nécessiter que des réponses anticorps réduites, les fusions individuelles permanentes semblaient également être associées à la réduction de la fonction des lymphocytes T cytotoxiques. Dans le cas de partenaires multiples, cela a été marqué par encore plus de changements, tels que l’émoussement des réponses anticorps et la perte de gènes rag.
Pour Ariberto Fassati, immunologiste et virologue de l’University College London, qui n’a pas participé à l’étude, les résultats sont étonnants. De nombreux scientifiques supposent que le système immunitaire, une fois établi, n’évoluerait que dans une direction, « vers un développement plus adaptatif et plus spécifique”, explique Fassati. « Mais il semble que vous puissiez réellement perdre les bras du système immunitaire adaptatif. . . si les pressions évolutives sont justifiées.”À sa connaissance, les espèces de poissons d’eau profonde sont les premiers cas de vertébrés ayant perdu une branche aussi énorme de leur immunité adaptative.
Chez de nombreux autres vertébrés, l’élimination de parties du système immunitaire adaptatif a des conséquences catastrophiques. Les bébés nés avec des mutations du gène rag, par exemple, sont gravement malades ou meurent rapidement s’ils ne reçoivent pas de traitement par greffe de moelle osseuse, note Boehm.
Une des raisons pour lesquelles le système immunitaire adaptatif est considéré comme si crucial est que de nombreux agents pathogènes et parasites ont appris à déjouer la défense immunitaire innée de première ligne moins spécifique, dit Fassati. Par exemple, de nombreux virus, y compris le responsable de la pandémie de COVID-19 en cours, le SARS-CoV-2, peuvent freiner la production par le corps d’interférons moteurs de l’inflammation, qui font partie de la défense immunitaire innée, ajoute-t-il. Le fait que certains poissons s’entendent apparemment bien sans un système immunitaire adaptatif entièrement intact est « tout à fait remarquable. »
Cette découverte pose la question de savoir comment ils parviennent à se défendre contre les agents pathogènes en haute mer. Boehm spécule que les poissons doivent avoir entièrement évolué avec un autre système immunitaire, ou peut-être ont-ils trouvé des moyens de renforcer leur mécanisme immunitaire inné pour compenser l’absence de réponse immunitaire adaptative. Peut-être pourraient-ils y parvenir en exprimant continuellement des interférons, spécule-t-il, en plaçant leur corps en alerte constante et en rendant plus difficile la création d’infections par les virus et autres agents pathogènes. Pour le prouver, il lui faudrait des tissus frais où il pourrait examiner l’expression des gènes.
« J’ai désespérément hâte d’obtenir des animaux où je pourrais extraire l’ARN et rechercher des niveaux d’expression de ceux-ci. . . gènes liés à l’interféron ”, dit-il. Il pourrait être utile de découvrir comment certains poissons de mer font face après avoir perdu leur immunité adaptative pour trouver des traitements pour les patients immunodéficients, ajoute-t-il.
Pour lui, les résultats posent également un dilemme de poule ou d’œuf: qu’est-ce qui est arrivé en premier, les modifications de l’architecture génétique sous-tendant l’immunité adaptative ou la stratégie d’accouplement par fusion? L’une des espèces qu’il a examinées peut offrir un indice. On pense que Gigantactis vanhoeffeni s’accouple par attachement temporaire, mais il montre certaines des mêmes altérations des gènes immunitaires que les espèces qui s’attachent de manière permanente. Boehm dit qu’il pense que G. vanhoeffeni pourrait être « en route vers un attachement permanent” sur le plan évolutif. « Il semble que certains changements dans le génome immunitaire doivent se produire avant que cette fusion permanente puisse réellement s’installer. Il semble qu’il existe une pression évolutive encore inconnue qui provoque l’extinction ou la disparition de ces gènes. »
Gil Rosenthal, biologiste évolutionniste à l’Université Texas A&M, se demande quelles pourraient être ces pressions évolutives. Les poissons d’eau profonde sont extrêmement dimorphes sexuellement, note-t-il dans un courriel au scientifique. « Les femelles sont ces monstres à ailes légères cauchemardesques, et les mâles sont de minuscules petites choses avec un énorme testicule et un énorme nez. »Les femelles sont probablement rares en haute mer, il est donc probable que les mâles passent beaucoup de temps à les chercher, explique-t-il. Quand un mâle trouve enfin une femelle, il serait dans son intérêt de rester près. S’il arrive que la femelle ait des intérêts contradictoires — comme manger les mâles — cela pourrait préparer le poisson à un « conflit sexuel. »Cette situation pourrait en quelque sorte conduire à un tiraillement génomique sur le système immunitaire, spécule Rosenthal. « Je ne serais pas surpris si une partie de l’épave du génome immunitaire provient d’un conflit sexuel. »
Ce ne serait pas le premier exemple de compromis entre le comportement sexuel et la fonction du système immunitaire, ajoute-t-il, notant que chez les vertébrés, la testostérone peut réduire la fonction du système immunitaire et améliorer les affichages sexuels masculins. Cependant, « qu’une grande partie soit fermée ou rénovée est tout simplement sauvage! »Pour Rosenthal et Murchison, les résultats soulignent comment la révolution génomique a permis aux chercheurs de s’aventurer au-delà des organismes modèles bien compris dans les laboratoires et d’explorer les différentes adaptations de la vie sur Terre. ”Il y a tellement de choses à apprendre non seulement sur l’immunité, mais sur toute la biologie, en explorant des lignées évolutivement divergentes », explique Murchison. « Et vous ne savez jamais vraiment ce que vous allez trouver parce que la nature est si vaste et diversifiée et qu’il y a tellement d’adaptation à des niches très spécialisées.”
J.B. Swann, et al. « L’immunogénétique du parasitisme sexuel », Science, doi: 10.1126 / science.aaz9445, 2020.