L'hétérocéphale
L'hétérocéphale (Heterocephalus glaber), aussi appelé rat-taupe nu, est l'un des mammifères les plus bizarres. Ils n'ont presque pas de poils, d'où leur nom, et possèdent de grandes incisives saillantes. Ces dents sont le résultat de leur adaptation à la vie souterraine. C'est un outil indispensable pour creuser des tunnels dans le sol et transporter la nourriture à toute la colonie, qui en moyenne se compose de 80 animaux. Les colonies d'hétérocéphales ont généralement à leur tête une seule femelle reproductrice qui domine la colonie, la reine, qui s'accouple avec 1 à 3 mâles. Ce système social est très inhabituel chez les mammifères, mais il correspond à ce qui est généralement observé chez les abeilles et les termites et que l'on nomme eusocialitéANCHOR. Cependant, la reine semble utiliser une certaine forme d'agressivité physique pour maintenir sa position dominante (comportement de bousculades), plutôt que des phéromones comme c'est le cas chez les abeilles et les termitesANCHOR ANCHOR.
En plus d'être eusociaux, les hétérocéphales sont essentiellement à sang-froid (c.-à-d. qu'ils ne peuvent pas réguler la température de leur corps), ils possèdent une longévité exceptionnelle, sont adaptés à un environnement riche en dioxyde de carbone et pauvre en oxygène et ne développent pas de cancerANCHOR. De tels organismes inhabituels sont souvent appelés extrêmophiles et la science a par le passé fait des découvertes révolutionnaires en les étudiant ; par exemple, l'extraction de la Taq polymérase, issue de la bactérie Thermus aquaticus qui prospère à 70 °C ANCHOR, une enzyme désormais couramment utilisée dans les laboratoires du monde entier pour amplifier l'ADN.
Longévité
Résistance à l'hypoxie et à l'hypercapnie
Résistance au cancer
Références
Longévité
La masse du corps est généralement un bon critère pour prédire la longévité d'une espèce, mais pas dans le cas des hétérocéphales. Leur taille est similaire à celle des souris et pourtant, les souris vivent rarement plus de 3 à 5 ans (comme leur masse corporelle le prédit), tandis que les hétérocéphales vivent jusqu'à 30 ansANCHOR.
Les raisons d'une telle longévité, en parfaite santé, ne sont pas encore élucidées, mais ils ont été utilisés comme modèle afin d'examiner plusieurs théories sur les processus du vieillissement. Par exemple, une de ces théories suggère que l'exposition à des formes réactives de l'oxygène provoque des dommages stimulant les processus du vieillissement et que donc, les organismes vivants exceptionnellement longtemps doivent générer des concentrations plus faibles de ces formes réactives de l'oxygène et/ou disposer de mécanismes antioxydants particulièrement efficaces. Chez les hétérocéphales, on observe ni concentrations plus faibles des formes réactives de l'oxygèneANCHOR, ni concentrations d'antioxydants particulièrement élevéesANCHOR. Malgré cela, les phospholipides (un type de graisse qui est un composant important des membranes cellulaires) sont moins altérés par l'oxydation chez l'hétérocéphale que chez les rongeurs à longévité faibleANCHOR. En outre, l'hétérocéphale parvient à mieux maintenir la qualité et la stabilité des protéines comparativement aux sourisANCHOR et ils sont remarquablement résistants au cancer (voir ci-dessous). Il est possible que tous ces facteurs contribuent à allonger la durée de vie moyenne des hétérocéphales.
En raison de cette longévité exceptionnelle, l'hétérocéphale est un modèle parfait pour l'étude des processus du vieillissement, en particulier les changements physiologiques qui se produisent chez les animaux âgés, ce qui peut nous aider à mieux comprendre le vieillissement chez l'homme et ses mécanismes sous-jacents
Résistance à l'hypoxie et à l'hypercapnie
Les animaux au mode de vie souterrain doivent affronter à la fois de faibles taux d'oxygène (hypoxie) et des taux de dioxyde de carbone élevés (hypercapnie). L'hémoglobine des hétérocéphales a une capacité exceptionnelle à capter l'oxygène permettant de fournir suffisamment d'oxygène aux organesANCHOR.
Leur cerveau est remarquablement résistant à l'hypoxie et la neurotransmission est maintenue pendant beaucoup plus longtemps que les souris au cours des accès de faibles taux d'oxygèneANCHOR. L'hypoxie survient généralement durant les AVC. L'étude des mécanismes sous-tendant l'adaptation à l'hypoxie chez l'hétérocéphale peut donc nous aider à mieux comprendre et soigner les lésions attribuables aux AVC.
Une des conséquences potentielles de l'hypercapnie est l'acidification tissulaire. C'est parce que le dioxyde de carbone, au contact de l'eau du corps, forme de l'acide carbonique. Pour les humains le contact avec l'acide est douloureux (imaginez des gouttes de citron ou de vinaigre pénétrer dans une coupure de la peau alors que vous cuisinez...). Les souris se lèchent brièvement les pattes après avoir reçu une injection de solution acide. Les hétérocéphales, quant à eux, ne montrent aucune réaction d'aversion à une solution acide, bien qu'ils présentent une réponse de retrait similaire à celle des souris lorsqu'on teste leur sensibilité à la chaleur et à la pressionANCHOR.
Les scientifiques ont identifié des modifications de la séquence d'acides aminés d'une protéine formant un canal voltage dépendant pour ions sodium, NaV1.7, crucial pour la transmission des signaux électriques le long des nerfs sensoriels de la douleur. Ces modifications observées chez l'hétérocéphale génèrent une protéine NaV1.7 plus riche en charges négatives. Cette structure attire fortement les protons positifs de l'acide, ce qui bloque le fonctionnement de la protéine NaV1.7. Par conséquent, l'acide agit comme un anesthésique, et non comme un stimulus, ce qui explique pourquoi l'hétérocéphale ne se lèche pas les pattes en réponse à une petite injection d'acideANCHOR.
L'identification de NaV1.7 dans ce rôle était une conclusion majeure dans la compréhension des mécanismes moléculaires par lesquels l'acide provoque la douleur. Les retombées en termes de développement de médicament peuvent être très importantes. En effet, la capacité de l'acide à provoquer la douleur chez l'homme va bien au-delà du simple désagrément causé par quelques gouttes de jus de citron sur une plaie : l'acidose tissulaire est la caractéristique principale des maladies inflammatoires douloureuses telles que la polyarthrite rhumatoïde. Par conséquent, ces conclusions peuvent aider à la conception de médicaments qui bloqueraient la protéine NaV1.7 et réduiraient ainsi la douleur.
Depuis, il a été démontré que les modifications décelées sur un autre canal sodique voltage-dépendant (NaV1.8) sont responsables de la résistance de la souris sauterelle (Onychomys torridus) à la douleur induite par le venin du scorpion écorce (Centruroides sculpturatus), ce qui permet à la souris de chasser ces scorpionsANCHOR. La protéine NaV1.8 est spécifiquement fabriquée par les neurones sensibles aux stimuli douloureux ; comprendre comment le venin de scorpion se lie à NaV1.8 et l'inhibe peut aider au développement d'inhibiteurs de NaV1.8. Ces résultats, combinés avec les recherches en cours sur l'hétérocéphale, démontrent tout l'intérêt d'étudier des animaux inhabituels.
Résistance au cancer
La résistance des hétérocéphales au cancerest probablement l'un des facteurs qui explique leur longévité. À l'occasion d'une étude, menée pendant 15 ans, sur des animaux du Zoo de Brookfield, aucun des 138 hétérocéphales morts de causes naturelles n'avaient développé un cancerANCHOR. En revanche, environ un humain sur trois développe un cancer au cours de sa vie, une fréquence qui est susceptible d'augmenter parallèlement à l'allongement de la durée de vieANCHOR. De récentes conclusions suggèrent que les cellules de l'hétérocéphale produisent un sucre complexe appelé l'acide hyaluronique, qui semble être responsable de la résistance du rongeur aux changements qui transforment une cellule normale en une cellule cancéreuseANCHOR. Il est intéressant de constater que cette même protéine peut augmenter la souplesse de la peau de l'animal et l'aider ainsi à mieux s'accommoder à une vie dans les tunnels.
Avec autant de traits inhabituels, la science a beaucoup à apprendre de l'hétérocéphale et les travaux de recherche pourraient avoir un large éventail de retombées positives sur le traitement de la maladie chez les humains et les animaux.
Ewan St John Smith
http://www.phar.cam.ac.uk/research/Smith
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Last edited: 6 January 2017 15:40