Prédiction de la complexité cellulaire eucaryote chez les archées Asgard par modélisation structurale

Microbes anciens à complexité cachée

La vie telle que nous la connaissons dépend des cellules eucaryotes — des cellules avec des compartiments internes, comme un noyau et des mitochondries. La façon dont des cellules aussi complexes ont évolué à partir d’ancêtres microbiens plus simples reste depuis longtemps l’une des énigmes majeures de la biologie. Cette étude se concentre sur un groupe peu connu d’archées appelé Asgard et pose la question : ces microbes possèdent-ils déjà les éléments moléculaires nécessaires à la complexité observée dans nos propres cellules ?

Plongée dans le monde des protéines des Asgard

Pour enquêter, les chercheurs ont assemblé une grande collection génomique issue de 936 archées Asgard, dont beaucoup ne sont connues que par des fragments d’ADN dans des échantillons environnementaux. Ces génomes codent des millions de protéines, dont la plupart sont peu caractérisées. Plutôt que de s’appuyer uniquement sur la similarité de séquences directe, qui échoue souvent sur de très longues distances évolutives, l’équipe a prédit les structures tridimensionnelles de protéines représentatives provenant de l’ensemble du « pangenome » Asgard. À l’aide d’algorithmes puissants initialement développés pour le repliement protéique, ils ont généré des modèles structuraux de haute confiance pour plus de 37 000 familles de protéines.

Voir la similarité quand les séquences divergent

Les séquences protéiques changent rapidement sur des milliards d’années, mais leurs formes générales sont souvent beaucoup mieux conservées. Les auteurs ont exploité ce fait en comparant les structures prédites des protéines Asgard à une vaste base de données de structures connues et prédites de tous les domaines du vivant. Ils se sont ensuite demandé, pour chaque famille protéique Asgard, si ses correspondances structurelles les plus proches étaient disproportionnellement trouvées chez les eucaryotes. Quand un tel enrichissement apparaissait, ils classaient ces protéines Asgard comme « protéines signature eucaryotes isomorphes », ou iESP — des protéines dont la forme, plutôt que la séquence, renvoie fortement à des protéines eucaryotes associées à la biologie cellulaire complexe.

Un triplement des protéines de type eucaryote

Cette approche structurale a mis au jour 1 319 iESP auparavant non reconnues et a montré que, regroupées en amas structuraux apparentés, les archées Asgard contiennent 908 familles distinctes de protéines ayant de fortes affinités eucaryotes — soit plus de trois fois le nombre identifié par des recherches antérieures basées sur les séquences. Beaucoup appartiennent à des systèmes de stockage et de traitement de l’information, tels que la traduction et la biogenèse des ribosomes, ainsi qu’à des voies métaboliques qui protègent contre les dommages oxydatifs ou traitent des molécules complexes. Cela suggère que l’ancêtre archéal des eucaryotes possédait déjà une boîte à outils moléculaire plus riche et plus sophistiquée que ne le laissaient entendre les seuls génomes.

Indices sur les compartiments cellulaires précoces

Parmi les découvertes les plus remarquables figurent des protéines liées à l’organisation interne des cellules eucaryotes. L’équipe a identifié des versions Asgard de la major vault protein, qui chez les eucaryotes s’assemble en vastes particules ribonucléoprotéiques en forme de tonneau impliquées dans le transport et les réponses au stress. Ils ont également découvert des apparentés Asgard des protéines COMMD du complexe Commander, qui participe au recyclage des protéines membranaires dans les endosomes. De plus, ils ont trouvé chez Asgard des sources exclusives de Ufm1, un modificateur de type ubiquitine impliqué dans la signalisation du stress, et de CINP, un partenaire des kinases du cycle cellulaire ayant des rôles dans la réplication de l’ADN et la production de ribosomes. Ces liens impliquent que des composants des systèmes élaborés de transport et de contrôle eucaryotes pourraient remonter à des ancêtres Asgard.

Réécrire l’histoire de nos origines cellulaires

Pris ensemble, les résultats brossent le tableau d’archées Asgard loin d’être simples. Leurs génomes codent de nombreuses protéines dont les formes correspondent à celles qui sous-tendent l’organisation complexe, le traitement de l’information et le métabolisme des cellules eucaryotes. Si la structure seule ne peut pas prouver l’ascendance directe pour chaque famille protéique, elle révèle des connexions profondes que la comparaison de séquences manque. Pour un non-spécialiste, le message clé est que le saut des microbes simples aux cellules complexes a probablement été comblé par des organismes de type Asgard déjà pourvus d’une grande partie de la machinerie moléculaire sur laquelle nos propres cellules s’appuient encore aujourd’hui.

Citation: Köstlbacher, S., van Hooff, J.J.E., Panagiotou, K. et al. Prediction of eukaryotic cellular complexity in Asgard archaea using structural modelling. Nat Microbiol 11, 747–758 (2026). https://doi.org/10.1038/s41564-026-02273-y

Mots-clés: Archées Asgard, évolution des cellules eucaryotes, modélisation de structures protéiques, complexité cellulaire, protéines signature eucaryotes