Université de Haïfa : anémone de mer et cerveau humain, nouveaux traitements en vue
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Malgré un écart dans la chaîne de l’évolution de 700 millions d’années, une nouvelle étude de l’Université de Haïfa a révélé que le neurotransmetteur GABA, qui joue un rôle central dans le développement et le fonctionnement du cerveau chez les mammifères, remplit des rôles similaires chez les anémones de mer. «Non seulement nous avons découvert qu’un récepteur de la famille GABABR contrôle le processus de métamorphose chez l’anémone de mer, mais aussi que le chemin moléculaire est similaire chez l’homme. Dans les deux cas il relie les fonctions du système nerveux. Cette similitude ouvre de nouvelles directions dans le domaine de la médecine, où l’anémone de mer peut fournir un modèle simple et accessible pour l’analyse dans le développement de nouveaux médicaments », expliquent les chercheurs.
L’étude fait partie de la thèse de doctorat du Dr Shani Levy et a été menée au laboratoire du Dr Tamar Lotan du département de biologie marine de la Leon H.Charney School of Marine Sciences de l’Université de Haïfa, en collaboration avec le laboratoire du Dr Mickey Kosloff du Département de biologie humaine de l’Université de Haïfa. L’étude a commencé lorsque les chercheurs ont cherché à examiner quels processus biologiques contrôlent le développement de l’anémone de mer.
Le phylum Cnidaria, auquel appartiennent les anémones (avec les méduses et les coraux), est l’un des systèmes animaux les plus anciens, il s’est développé il y a plus de 700 millions d’années. Le cycle de vie de tous les membres du phylum commence par un œuf fécondé qui se transforme en une larve qui se déplace dans la couche d’eau de la mer et après quelques jours se métamorphose en un polype qui se dépose sur le fond marin. De manière surprenante, les chercheurs ont découvert que le processus de métamorphose se produit lorsque le neurotransmetteur GABA active un récepteur de la famille GABABR. Cette découverte est remarquable car chez l’homme aussi, un mécanisme similaire opère au cours des stades de développement initiaux. Chez l’homme (et chez les mammifères en général), le neurotransmetteur GABA contrôle les processus de développement initial du système nerveux dans le cerveau au moyen de récepteurs GABABR.
Lorsque les chercheurs ont activé ce mécanisme chez les anémones de mer à l’aide d’un médicament développé pour l’homme et qui active les récepteurs GABABR, ils ont découvert qu’ils pouvaient arrêter le mécanisme de métamorphose des anémones de mer. En utilisant des modèles tridimensionnels de ces protéines, les chercheurs ont découvert des similitudes supplémentaires entre les récepteurs GABABR humains et anémones. En particulier, le site actif des récepteurs GABABR – la partie moléculaire des récepteurs qui définit la façon dont le GABA les active – est similaire à celui de l’homme, et dans les deux groupes, le même processus influence le développement des cellules nerveuses. «Il existe de nombreux cas où les protéines sont similaires, mais leurs sites actifs sont différents, de sorte qu’en fin de compte, elles ont des fonctions et des actions distinctes. Mais dans notre cas, les gènes et les détails des sites actifs et leurs actions sont similaires », ont souligné les chercheurs.
Les chercheurs ont également découvert que les prochaines étapes des chemins moléculaires sont également similaires chez les humains et les anémones de mer, et que le récepteur GABABR, lorsqu’il est activé par le neurotransmetteur GABA, active à son tour des commutateurs moléculaires appelés protéines G, qui jouent des fonctions clés dans la communication intracellulaire. dans le corps humain. Cette découverte a un impact réel sur le potentiel de développement de nouveaux médicaments. Plus de 30% de tous les médicaments existants agissent sur des récepteurs tels que le récepteur GABABR, qui sont couplés aux protéines G – médicaments dans les domaines de l’asthme, des maladies cardiaques et de nombreux autres domaines. Les similitudes identifiées ici entre les anémones de mer et les humains, et le fait que le système nerveux des anémones de mer soit tellement plus simple que le nôtre, font de l’anémone de mer un modèle prometteur et passionnant pour le développement de nouveaux médicaments.
Publication dans le journal Nature Ecology and Evolution
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Despite an evolutionary gap of 700 million years, a new study undertaken at the University of Haifa found that the GABA neurotransmitter, which plays a central role in brain development and function in mammals, fulfills similar roles in sea anemones. “In the study, we not only discovered that a receptor from the GABABR family controls the metamorphosis process in the sea anemone, but also that the molecular path is similar to that found in humans, and in both cases it mediates nervous system functions. This similarity opens up new directions in the field of medicine, where the sea anemone can provide an accessible and simple model for analysis in the development of new medicines”, the researchers explained.
The study forms part of the doctoral thesis of Dr. Shani Levy and was conducted at the laboratory of Dr. Tamar Lotan from the Marine Biology Department at the Leon H. Charney School of Marine Sciences in the University of Haifa, in collaboration with the lab of Dr. Mickey Kosloff from the Department of Human Biology at the University of Haifa. The study began when the researchers sought to examine which biological processes control the development of the sea anemone.
The phylum Cnidaria, to which anemones belong (along with jellyfish and coral) is one of the oldest animal systems, having developed more than 700 million years ago. The lifecycle of all the members of the phylum begins with a fertilized egg that turns into a larva that moves in the water layer in the sea and after a few days metamorphoses into a polyp that settles on the seabed.
Surprisingly, the researchers discovered that the metamorphosis process occurs when the GABA neurotransmitter activates a receptor from the GABABR family. This discovery is remarkable since in humans, too, a similar mechanism operates during initial developmental stages; In humans (and in mammals in general), the GABA neurotransmitter controls the initial development processes of the nervous system in the brain by means of GABABR receptors. When the researchers activated this mechanism in sea anemones using a drug that was developed for humans and activates GABABR receptors, they found that they could halt the metamorphosis mechanism in the sea anemones. Using three-dimensional models of these proteins, the researchers discovered additional similarities between the human and anemone’s GABABR receptors. In particular, the active site of the GABABR receptors – the molecular part of the receptors that defines how GABA activates them – is similar to that in humans, and in both groups the same process influences the development of nerve cells. “There are many instances where the proteins are similar, but their active sites are different, so that ultimately they have distinct functions and actions. But in our case, both the genes and the details of the active sites and their actions are similar”, the researchers emphasized. The researchers also discovered that the next stages of the molecular paths are also similar in humans and sea anemones, and that the GABABR receptor, when activated by the GABA neurotransmitter, in turn activates molecular switches called G proteins, which play key functions in intracellular communication in the human body.
This discovery has a real impact on the potential to develop new drugs. Over 30% of all existing drugs work on receptors such as the GABABR receptor, which are coupled to G proteins – drugs in the fields of asthma, heart disease, and many other areas. The similarities identified here between sea anemones and humans, and the fact that the nervous system of the sea anemones are so much simpler than ours, make the sea anemone a promising and exciting model system for the development of new drugs.
Published in the journal Nature Ecology and Evolution
Link: https://www.haifa.ac.il/2021/01/18/sea-anemones-and-the-human-brain/?lang=en
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Caption: Sea Anemone, Credit: University of Haifa, Courtesy
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