L’expression hétérologue de protéines liant l’oxygène augmente la profondeur de diffusion de l’O2 dans la levure flocon de neige. (A) Schéma montrant la construction de souches de levure flocon de neige exprimant la myoglobine ou la myohémérythrine intégrée au locus HO. (B) Quantification de la profondeur de diffusion de l’oxygène à l’aide du rapporteur mitochondrial MitoLoc dans des grappes de levures en flocon de neige exprimant des protéines de liaison à l’oxygène ou des contrôles de type sauvage sous limitation en oxygène. L’expression de la myohémérythrine et de la myoglobine a augmenté de manière significative la profondeur de diffusion de l’oxygène, mais uniquement dans un environnement à faible teneur en oxygène. Les données sont des micrographies à fluorescence moyennes ± sd (C) représentatives de MitoLoc montrant une profondeur accrue de pénétration de l’oxygène (jaune) dans des grappes exprimant la myoglobine (à droite) par rapport à un contrôle de type sauvage (à gauche) sous faible teneur en oxygène. — biorxiv.org/
La disponibilité de l’oxygène est un facteur clé dans l’évolution de la multicellularité, car les organismes plus grands et plus sophistiqués nécessitent souvent des mécanismes permettant un apport efficace d’oxygène à leurs tissus. L’un de ces mécanismes est la présence de protéines liant l’oxygène, telles que les globines et les hémérythrines, apparues chez l’ancêtre des animaux bilatériens.
Malgré leur importance, les mécanismes précis par lesquels les protéines liant l’oxygène ont influencé les premiers stades de l’évolution multicellulaire sous différents niveaux d’oxygène dans l’environnement ne sont pas encore clairs. Nous avons comblé cette lacune dans les connaissances en exprimant de manière hétérologue les protéines de liaison à l’oxygène, la myoglobine et la myohémérythrine, dans la levure flocon de neige, un système modèle de multicellularité simple et indifférenciée. Ces protéines ont augmenté la profondeur et le taux de diffusion de l’oxygène, augmentant ainsi la condition physique de la levure flocon de neige en croissance aérobie.
Les expériences montrent que, paradoxalement, les protéines liant l’oxygène confèrent un plus grand bénéfice en termes de condition physique aux organismes plus grands dans des conditions d’O2 élevées, et non faibles. Nous montrons via la modélisation biophysique que cela est dû au fait que la diffusion facilitée est plus efficace lorsque l’oxygène est abondant, transportant une plus grande quantité d’O2 qui peut être utilisée pour le métabolisme.
En atténuant les limitations anatomiques de diffusion de la consommation d’oxygène, l’évolution des protéines liant l’O2 dans le Néoprotérozoïque riche en oxygène pourrait avoir constitué une avancée clé permettant l’évolution de lignées métazoaires multicellulaires de plus en plus grandes et complexes.
Examiner le rôle des protéines liant l’oxygène dans l’évolution précoce de la multicellularité
Astrobiologie
Membre de l’Explorers Club, ancien responsable de la charge utile de la Station spatiale de la NASA/biologiste spatial, équipes extérieures, journaliste, grimpeur périmé, synesthète, mélange Na’Vi-Jedi-Freman-Bouddhiste, ASL, vétéran de l’île Devon et du camp de base de l’Everest, (il/ lui) ????????
2024-02-03 02:33:34
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