Une étude met en lumière l'évolution du système immunitaire

Un article publié par des chercheurs du Technion dans Nature présente de nouvelles informations sur l’évolution du système immunitaire. Les découvertes de l'équipe mettent en valeur la modularité et la flexibilité de l'évolution de l'immunité.

L'étude a été dirigée par des chercheurs de la Faculté de médecine Ruth et Bruce Rappaport, le professeur Shai Shen-Orr, le Dr Tania Dubovik et le Dr Martin Lukačišin, boursier postdoctoral, en collaboration avec le campus de soins de santé Rambam et l'université Carnegie Mellon.

Le système immunitaire est complexe et sa fonction principale est de protéger l’organisme contre les virus, les infections et autres agents hostiles. Au cœur de ce système se trouvent différents types de cellules immunitaires, chacune ayant sa propre fonction, qui travaillent ensemble pour assurer la protection nécessaire à l’organisme.

L’interaction entre le système immunitaire et l’environnement dynamique nécessite que celui-ci change constamment. Le principal mécanisme à l’origine des changements dans le monde vivant est l’évolution, basée sur l’adaptation aux changements environnementaux par la formation de mutations – des changements génétiques aléatoires.

Cependant, en raison de la sélection naturelle, tous les changements génétiques aléatoires ne sont pas bénéfiques à l’individu, et même si le changement est bénéfique, il n’est pas préservé ni transmis aux générations futures.

Les gènes du système immunitaire évoluent plus rapidement que les autres gènes du génome, en particulier chez les mammifères et les oiseaux, ce qui indique l'importance du rôle du système immunitaire dans l'adaptation à l'environnement en matière de santé et de maladie.

Malgré cela, sa dynamique évolutive n’a pas été étudiée en profondeur jusqu’à présent. Cela est dû en grande partie au fait que le système immunitaire est complexe et très variable d’un individu à l’autre, ce qui a donné naissance à une tradition consistant à l’étudier sur des animaux de laboratoire consanguins pour l’uniformité génétique et maintenus dans un environnement propre et exempt d’insectes.

Les chercheurs du Technion ont exploité un modèle unique de souris génétiquement différentes, présentant des variations similaires à celles observées chez l’homme.

À l’aide de ce modèle, les chercheurs ont mesuré la variation des types de cellules immunitaires entre les souris et identifié les gènes qui contrôlent l’abondance de chaque type de cellules immunitaires. Beaucoup de ces gènes affectent l’ensemble du système en régulant la division, la migration et la mort cellulaire, en contrôlant le type de cellule dans lequel ils sont exprimés.

Cependant, au sein de ces gènes, les chercheurs ont identifié un ensemble de gènes qui sont exprimés dans un type de cellule et en contrôlent un autre.

En analysant les génomes de 60 vertébrés couvrant une période d'évolution d'environ 600 millions d'années, les chercheurs ont démontré que ce dernier groupe est plus riche en mutations et offre un espace favorable à l'évolution pour générer de nouvelles interactions entre les types de cellules en augmentant la diversité sans dommages significatifs.

Selon le professeur Shen-Orr et son équipe, « l'une des implications importantes est que la capacité du système immunitaire à développer de nouvelles fonctions dépend davantage de l'interaction entre différentes cellules qu'au sein d'un type cellulaire, ce qui nous permet de comprendre comment les systèmes modulaires complexes évoluent.

“Cette modularité a été observée dans le passé dans la façon dont les gènes et les protéines évoluent vers de nouvelles fonctions, mais elle n'a jamais été étudiée dans des systèmes de réseaux complexes, tels que les cellules en interaction du système immunitaire.”

Des recherches plus approfondies sur l'évolutivité du système immunitaire pourraient ainsi non seulement éclairer les principes de conception des réponses immunitaires, mais également contribuer aux solutions biomimétiques, par exemple dans l'approche système de systèmes de l'ingénierie, qui, de la même manière, est basée sur les interactions entre unités fonctionnelles.