Des cellules digestives à l’origine des neurones ?

Ces éponges d’eau douce (Spongilla lacustris) présentent des cellules du système digestif qui communiquent comme des neurones.

1Quand en 2010, Mansi Srivastava, alors à l’université de Californie à Berkeley, et ses collègues ont séquencé le génome d’Amphimedon queenslandica, une éponge de la Grande Barrière de corail, leur surprise a été grande. L’animal était doté, entre autres, de gènes impliqués dans le fonctionnement des synapses, les zones de communication entre neurones… alors que les éponges n’ont pas de système nerveux. Ces animaux recelaient-ils des indices sur l’origine du type de cellules qui composent le système nerveux ? Pour le savoir, Jacob Musser, du Laboratoire européen de biologie moléculaire, à Heidelberg, en Allemagne, et ses collègues ont examiné les cellules des spongilles, des éponges d’eau douce. Ils ont ainsi trouvé des cellules dont les caractéristiques ne sont pas sans évoquer celles des neurones, mais de fonction bien différente…

2Les spongiaires forment l’un des groupes d’animaux les plus anciens, puisqu’ils sont apparus il y a environ 600 millions d’années. Ces organismes relativement simples sont des microphages suspensivores, c’est-à-dire qu’ils se nourrissent d’organismes ou de particules alimentaires microscopiques en filtrant l’eau qui les contient, jusqu’à plusieurs centaines de litres par jour. Ils sont dépourvus de système nerveux et ne présentent pas le moindre neurone. Chez les animaux qui en ont, ces cellules communiquent entre elles grâce à des signaux électriques ou chimiques qui passent par des connexions, les synapses.

3L’équipe de Jacob Musser a donc voulu découvrir quelles cellules des éponges exprimaient les gènes connus pour être impliqués dans le fonctionnement des synapses. Pour cela, elle a séquencé l’ARN d’une éponge d’eau douce (Spongilla lacustris) à l’échelle de cellules uniques, ce qui permet de repérer les gènes exprimés dans chaque cellule. Curieusement, les cellules qui exprimaient les gènes « synaptiques » étaient concentrées autour des chambres digestives de l’éponge. Les chercheurs ont alors examiné ces cellules « neuroïdes » par microscopie électronique et imagerie aux rayons X. Les images étaient évocatrices ; elles ont révélé que ces neuroïdes tendent de longs « bras » vers d’autres cellules, des choanocytes, qui sont elles-mêmes équipées de protrusions et ont la charge du système de filtrage de l’éponge, ainsi que de la capture de sa nourriture. Ces protubérances ne sont pas sans rappeler, visuellement, les « bras » des neurones – les dendrites et les axones – qui se terminent justement par des synapses.

4Pour les biologistes, une sorte de communication aurait lieu entre ces cellules. Ils estiment que les neuroïdes se serviraient de leurs bras pour indiquer aux choanocytes d’interrompre le filtrage, afin de nettoyer les chambres digestives des débris et microbes indésirables qui s’y seraient accumulés. Cette interaction montre que les neurones ont donc peut-être évolué à partir de… cellules digestives. Mais certains chercheurs restent prudents ; il faudra mener plus de recherches avant de pouvoir compléter la célèbre locution de Descartes. Je mange, donc je pense, donc je suis !