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Développement embryonnaire et gènes sélecteurs
7-Universalité des gènes sélecteurs

On connait actuellement près de 500 homéoprotéines différentes appartenant au règne animal et qui se répartissent en une trentaine de familles. On convient que des homéoprotéines appartiennent à la même famille lorsque leur homologie est supérieure à 60%.
Ceci veut dire que la structure des homéoprotéines est très conservée entre les espèces. On peut donc s'attendre à ce que leur fonction le soit également.
 
7.1-Gènes Hox
Le rôle des complexes Hox et Hom-C dans le développement embryonnaire apparaît être très ancien. Les gènes de la souris et de la drosophile sont similaires en ce qui concerne leur séquence codante et leur ordre sur le chromosome (fig. 11).

 
Figure.11. Similarité de la fonction régulatrice le long de l'axe antéropostérieur des codes Hom-C et Hox chez la drosophile et la souris. D'après le site suivant : http://www.blc.arizona.edu/courses/181gh/rick/development1/graphics/1719.gif

Chez la souris ainsi que chez la drosophile, ces gènes homéotiques sont impliqués dans le positionnement et l'identité cellulaire le long de l'axe antéropostérieur. Or, des complexes de gènes similaires ont été et sont actuellement trouvés dans tous les modèles animaux étudiés (fig. 12).

 

Figure.12. Schéma évolutif des gènes homéotiques Hox et Hom-C à partir d'un ancètre commun hypothètique. Des duplications de gènes du complexe ancestral auraient évolué pour donner soit le complexe Hom-C à l'origine des arthropodes (drosophile), soit le complexe Hox chez un ancêtre des vertébrés proche du chordé actuel Amphioxus. Au cours de l'évolution, deux duplications chromosomiques auraient ainsi créé les complexes que l'on connaît chez les vertébrés actuels (souris).

La parenté génétique des complexes Hom-C de la drosophile et Hox des vertébrés est attestée par les expériences de transgenèse interspécifique.

1-Une première méthode consiste à corriger une mutation léthale chez la drosophile en remplaçant le gène muté par son homologue provenant d'une espèce éloignée.
Par exemple, le gène labial (lab) est nécessaire à la morphogenèse normale de la tête d'une mouche. Sa mutation entraine une hypomorphose céphalique causant la mort de l'animal. On dit que la mutation est léthale. Or, il a été montré que la substitution du gène lab muté par le gène Hox.b-1 du poulet restaure la morphogenèse normale de la tête de la mouche.

2-Une deuxième méthode consiste à tester la capacité des gènes Hox de vertébrés à induire des phénotypes homéotiques lorsqu'ils sont exprimés au cours du développement embryonnaire de la drosophile. Il est ainsi possible d'éprouver la similarité fonctionnelle des gènes Hom-C et Hox.
Par exemple, le gène Hoxb-9 de la souris, inséré par transgenèse chez la drosophile, entraine la transformation des antennes en pattes thoraciques.

Ceci signifie que la fonction du gène murin Hoxb-9 peut se substituer à celle du gène antennapedia dans l'identité segmentaire de la drosophile. De plus, l'obtention du phénotype caractéristique d'antennapedia implique que le gène murin Hoxb-9 régule de la même manière que son homologue les gènes situés en aval de celui-ci (Figure.13).

 
Figure 13. Face antérieure d'une tête de Drosophile de type sauvage et transgènique. Chez le sauvage, l'antenne est terminée par un segment filiforme appelé arista (flêche rouge). Chez le transgènique, l'antenne est terminée par un segment de type tarsien (flèche rouge) prolongé par des griffes (flèche bleue) conformément à l'anatomie d'une patte thoracique. (d'après Malicki et al., Mechanisms of Development, (1993), 42, 139-150).

On pourait ainsi multiplier les exemples où un gène de vertébré peut opérer une substitution fonctionnelle de son homologue d'insecte puisque même des gènes homéotiques humains ont fonctionné avec succés.
D'une manière générale, un gène homéotique de vertébré possède son homologue chez les insectes. Inséré par transgenèse interspécifique dans le gènôme de la drosophile, le gène homéotique murin ou humain induit des transformations homéotiques semblables à celles produites par son homologue.
Les résultats de ces expériences renforcent l'idée que la hiérarchie fonctionnelle des gènes homéotiques homologues dans les deux grands groupes du règne animal, les insectes et les vertébrés est conservée. Cette conservation concerne l'ordre des gènes dans le gènome et les domaines d'expression spatiotemporels dans l'individu.

7.2-gènes Pax
La conservation fonctionnelle au cours de l 'évolution des gènes sélecteurs vaut également pour la famille des gènes Pax. Par exemple, le gène eyeless de drosophile présente 94% d'homologie avec le gène Pax6 humain. La mutation de ce gène cause la réduction voire l'absence complète de l'oeil composé de l'insecte. De même chez l'homme, il existe une mutation appelée « aniridia » qui se caractérise par des yeux de taille réduite et l'absence d'iris. Enfin, chez la souris, on sait provoquer la mutation de Pax6 qui inhibe la fonction de ce gène. Cette mutation entraine également la réduction du globe oculaire et l'absence d'iris.
Ceci montre à l'évidence que la fonction du gène Pax6 des mammifères et celle deson homologue eyeless des insectes constituent un exemple remarquable de la conservation des gènes sélecteurs à travers le règne animal.

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Michel Delarue
 
Dernières modifications : 28 juin 2005
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