Mécanismes de conservation des tissus mous et des protéines chez Tyrannosaurus rex

La notion existante selon laquelle les architectures de tissus mous et les protéines natives peuvent être préservées à travers le temps géologique est controversée car les méthodes de cette préservation restent à étudier et bien définies. Dans une nouvelle étude, Elizabeth M. Boatman et ses collègues des départements d’ingénierie, de Paléontologie, de Sciences biologiques, de Matériaux et d’Ingénierie et de la Source de lumière avancée aux États-Unis ont testé des mécanismes de réticulation pour l’architecture tissulaire préservée. Ils ont utilisé deux mécanismes protéiques structuraux non enzymatiques, la chimie du fenton et la glycation, pour démontrer leurs contributions possibles à la préservation des structures des vaisseaux sanguins récupérées de l’os cortical de Tyrannosaurus rex (T. rex; USNM 555 000, anciennement MOR 555). Ils ont démontré l’endogénéité (caractère aléatoire) des tissus des vaisseaux fossiles et la présence de collagène de type I dans les couches les plus externes des vaisseaux en utilisant l’imagerie, la diffraction, la spectroscopie et l’immunohistochimie.

Ils ont dérivé des données d’études infrarouges à transformée de Fourier synchrotron (SR-FTIR) sur le T. les navires rex analysent leur caractère réticulant et les comparent avec des échantillons de poulet témoins traités de manière similaire avec les deux techniques. Les chercheurs ont fourni des analyses par microsonde à rayons X de l’état chimique des tissus fossiles pour soutenir la préservation des vaisseaux du T. rex, tel qu’observé à l’aide des méthodes d’investigation. Boatman et coll. proposer que les réticulations de stabilisation tissulaire observées joueront un rôle important pour préserver des tissus microvasculaires supplémentaires dans les éléments squelettiques de l’ère mésozoïque. Les travaux sont maintenant publiés sur Scientific Reports.

Les paléontologues ont récupéré des structures en forme de vaisseaux creuses, souples et transparentes à partir d’éléments squelettiques de vertébrés fossiles, y compris des dinosaures non aviaires, et ont appliqué de nombreuses techniques pour identifier leurs protéines endogènes telles que le collagène et l’élastine. Les chercheurs avaient utilisé le séquençage par spectroscopie de masse pour identifier des vaisseaux isolés récupérés sur des dinosaures non aviaires afin de soutenir la présence de protéines vasculaires spécifiques aux vertébrés dans le passé. Par exemple, ils ont documenté le motif caractéristique de bandes de 67 nanomètres typique du collagène de type I après la libération de la protéine par déminéralisation, suivi d’études supplémentaires pour vérifier la présence de collagène de type I dans les canaux vasculaires d’une côte de dinosaure sauropode d’il y a environ 190 millions d’années en utilisant l’analyse FTIR et Raman. Bien que les équipes de recherche aient mis au point une variété de méthodes pour expliquer la préservation inattendue, des tests expérimentaux des mécanismes proposés restent à effectuer régulièrement et de manière générale.

Dans le présent ouvrage, Boatman et coll. a identifié et testé la contribution possible d’un ensemble d’expériences pour préserver l’architecture en forme de vaisseau de l’os compact d’un fossile de Tyrannosaurus rex. Ils s’attendent à ce que les travaux jettent les bases possibles d’études supplémentaires sur la préservation des tissus mous récupérés à partir de fossiles mésozoïques ou plus récents. Les parois des vaisseaux sanguins des vertébrés contiennent trois couches distinctes, dont la tunica intima (la plus interne), la tunica media et la tunica externa (couche la plus externe). Grâce à leurs compositions moléculaires uniques, les scientifiques peuvent différencier les constituants morphologiquement et chimiquement. Par exemple, l’élastine est une protéine hélicoïdale spécifique aux vertébrés qui offre une résistance aux changements de pression dans les parois vasculaires. Le collagène est également spécifique aux vertébrés et constitue une fraction prédominante des vaisseaux sanguins pour servir de base structurelle. Puisque l’élastine et le collagène contiennent des caractéristiques distinctives identifiables à la structure moléculaire et à la composition, Boatman et al. proposé d’étudier les deux protéines dans les vaisseaux restants des dinosaures.

L’équipe de recherche a émis l’hypothèse de la contribution des premiers processus diagénétiques (physiques et chimiques) à la survie de T. microvasculature rex du temps profond. Pour tester cela, Boatman et al. d’abord effectué une analyse SR-FTIR pour comprendre le caractère de réticulation dans leur échantillon témoin de protéine de collagène de poulet de type I. Ils ont induit des réticulations dans la protéine à l’aide de réactifs au Fenton ou de techniques de glycation catalysées par les ions, suivies de l’utilisation de SR-FTIR à transmission pour tester chaque tissu. Ils ont observé que les réticulations intramoléculaires formées dans les tissus du poulet étaient immatures en raison de leur absence d’exposition aux voies nécessaires à la formation de réticulations intermoléculaires ou de produits finaux de glycation avancés (ÂGES).

Pour tester l’architecture des vaisseaux du T. rex à la recherche de protéines endogènes, les scientifiques ont libéré trois types de vaisseaux d’un os cortical déminéralisé du T. rex. Ils ont ensuite utilisé la microscopie en lumière visible (VLM) pour les caractériser comme:

1. Réseaux souples étendus de couleur brune
2. Structures opaques fragmentées
3. Structures semi-translucides fragmentées

Ils ont couplé la spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie (EDS) avec la microscopie électronique à balayage (SEM) ainsi que la spectroscopie de fluorescence X micro-focalisée (µXRF) pour confirmer les différences observées dans les échantillons de tissus de composition variable. L’équipe s’est concentrée sur les réseaux de vaisseaux souples en raison de leur similitude avec le tissu osseux existant, qui a vraisemblablement maintenu une altération minimale.

Lorsque Boatman et coll. en étudiant les vaisseaux souples du T. rex à l’aide de MEB, ils ont observé des structures fibreuses sur leur surface la plus externe. Les caractéristiques combinées étaient cohérentes avec celles observées dans les vaisseaux existants libérés de l’os cortical et avec le collagène fibrillaire. L’équipe a analysé le spectre SR-FTIR des vaisseaux du T. rex pour détecter les bandes dominantes observées dans les tissus traités existants et anciens. Notamment, la bande d’amide I pour le tissu de dinosaure était située à une structure d’hélice α prédominante compatible avec le collagène fibrillaire mature (réticulé). L’équipe de recherche a ensuite mené des études d’immunohistochimie (IHC) pour identifier des épitopes spécifiques aux protéines des protéines structurelles élastine et collagène de type I.

Les scientifiques ont soulevé des anticorps contre tous les composants du système vasculaire existant pour observer une liaison positive dans les parois des vaisseaux des dinosaures. À l’aide d’un filtre fluorescent, ils ont capturé la localisation et la distribution des complexes anticorps-antigène (fluorescence verte). La réponse des vaisseaux de dinosaures aux anticorps anti-actine est apparue sous la forme d’une couche mince et uniformément répartie. Les anticorps soulevés contre la protéine musculaire tropomyosine sont apparus avec une plus grande intensité sur les parois des vaisseaux. Les vaisseaux de dinosaures ont également indiqué la présence d’anticorps de collagène de type I, bien que les anticorps d’élastine aient montré une plus grande intensité. Les deux protéines étaient de bonnes cibles pour les études fossiles en raison de la conservation évolutive élevée dans certaines régions. Ils n’ont pas observé de réactivité des vaisseaux de dinosaures aux anticorps contre le peptidoglycane bactérien (indiquant l’absence de contamination microbienne).

Boatman et coll. testé T. structures des vaisseaux rex pour comprendre si la réticulation des protéines structurelles post mortem a amélioré leur résistance à la dégradation ou aux altérations diagénétiques. Pour cela, ils se sont concentrés sur le collagène fibrillaire en utilisant des spectres de transmission SR-FTIR pour suggérer une réticulation post-mortem pendant le processus de préservation de l’architecture tissulaire. Ces caractéristiques spectrales ont déjà été enregistrées mais n’ont pas été discutées avec les sauropodomorphes du Jurassique inférieur et les os du crétacé. Les scientifiques ont ensuite traité bulk T. tissu rex avec du borohydrure de sodium (NaBH4) pour réduire les groupes carbonyles dans les réticulations immatures et augmenter l’intensité d’absorption du carbonyle non peptidique. Les bandes d’absorption des glucides dans le tissu du T. rex étaient compatibles avec les âges (produits finaux de glycation avancée). Après le traitement, les données suggèrent que les tissus du T. rex possèdent des types de réticulation intramoléculaire et intermoléculaire.

Lorsque les scientifiques ont cartographié les éléments du tissu à l’aide de µXRF, ils ont révélé que le fer (Fe) était le seul métal concentré dans les tissus des vaisseaux des dinosaures tout en enregistrant le baryum (Ba) dans les moulages de vaisseaux semi-translucides. En utilisant une microscopie étendue de la structure à absorption des rayons X près des bords, ils ont observé du Fe3 + intégré dans les parois des vaisseaux. Les chercheurs ont montré la présence de goethite finement cristalline (α-FeO (OH)); un minéral précédemment détecté dans les tissus vasculaires récupérés sur deux spécimens de dinosaures divers.

De cette façon, Elizabeth M. Boatman et ses collègues ont démontré la présence de protéines endogènes d’espèces de vertébrés dans les structures des dinosaures des tissus mous. Cela comprenait la présence de collagène de type I compatible avec le système vasculaire chez les vertébrés existants. Les données ont soutenu un mécanisme en deux étapes qui stabilisait les biomolécules et l’architecture des vaisseaux après la mort de l’organisme, afin de favoriser leur préservation au sein des éléments squelettiques. L’équipe a émis l’hypothèse que les voies de Fenton et de glycation médiées par le fer pourraient avoir contribué à l’amélioration du T. longévité tissulaire rex de l’élastine et du collagène fibrillaire à l’intérieur et autour des vaisseaux sanguins. Les deux processus pourraient être catalysés par des espèces de métaux de transition telles que le fer pour définir le rôle central du Fe observé dans la réticulation structurale des protéines. La formation de précipités d’oxyhydroxyde de fer dans le travail a pleinement soutenu cette idée.

Les données représentent la première caractérisation chimique et moléculaire complète des tissus vasculaires récupérés sur le spécimen de T. rex USNM 555000. Les résultats éclairent les processus possibles de fossilisation au niveau moléculaire. Les chercheurs envisagent que les techniques démontrées contribueront au développement de mécanismes complets permettant de conserver systématiquement la survie des tissus vasculaires dans les profondeurs.