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Des horloges rythment la fabrication de l'embryon

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Pour construire ses ailes, l'embryon de poule utilise une horloge génétique afin de lire et relire un même gène de façon répétitive, organisant ainsi des cycles de production calés à quelques minutes près. Un travail orchestré de main de maître...

La partie caudale d’un embryon de poule âgé de deux jours a été coupée en deux. L’une des moitiés (photo de gauche) a été immédiatement plongée dans un fixateur (qui arrête toute activité vitale) tandis que l’autre (à droite) a été cultivée 30 minutes.

Que le facteur temps soit un élément clé du développement d'un embryon n'étonnera personne. Pourtant, les bases de ce mécanisme de régulation temporelle sont bien mal connues. Mais le voile se lève petit à petit. Les premiers indices sont venus des insectes. Chez la Drosophile (la mouche), une sorte de vague de lecture de certains gènes parcourt l'embryon depuis l'avant vers l'arrière. Durant un certain temps, ces gènes sont exprimés dans une portion limitée du corps. Une fois le travail terminé, les cellules de cette tranche d'embryon cessent d'utiliser ces gènes. Leur lecture commence alors dans le tronçon suivant.

Cette répétition cyclique correspond bien à la segmentation fondamentale du corps : beaucoup d'animaux, à l'instar du vers de terre, sont constitués d'une succession de parties similaires. Notre colonne vertébrale et nos côtes témoignent que ce lointain passé est encore en nous.

La découverte d'un phénomène semblable chez les vertébrés date de dix ans. Au CNRS, Olivier Pourquié et Isabel Palmeirim (une jeune chercheuse qui vient alors de passer son doctorat à Paris VI) découvrent la première horloge génétique chez un vertébré, la poule. La même orchestration de la lecture des gènes est observée lors la segmentation de l'embryon, au tout début de son développement. L'équipe débusque un gène régulateur, baptisé c-hairy1, très semblable à celui trouvé chez la Drosophile et appelé hairy. La poule et la mouche, au moins au démarrage de leur développement, utilisent donc les mêmes astuces. D'autres études ont montré que des gènes qui ne s'expriment que par intermittence sont aussi présents chez la souris, mais apparemment sans rapport avec une quelconque segmentation.

Un chantier découpé en tranches

Aujourd'hui, une équipe internationale vient de mettre en évidence un gène hairy2 qui s'active rythmiquement lui aussi pour orchestrer la fabrication des ailes de la poule. Le travail vient d'être présenté dans le Journal of Molecular Biology par la même Isabel Palmeirim, aujourd'hui à l'Université du Minho (au Portugal) et sa collègue Susana Pascoal, qui ont travaillé avec des équipes de l'Université de Lisbonne, de l'Institut Gulbenkian des Sciences et l'université Pierre et Marie Curie.

Le gène hairy2, dont ces chercheurs ont suivi les pérégrinations, semble intervenir dans la fabrication du cartilage. Quand les ailes commencent à se former à partir de simples petits bourgeons, il entre en action dans leurs cellules. Mais ce gène suit des rythmes réguliers qui le font passer d'un état activé (il est alors lisible par un ARN) à un état inactivé. Il s'écoule toujours exactement six heures entre deux activations.

Pour vérifier si ce rythme était relié au développement de l'aile, les scientifiques ont chronométré la formation de la deuxième phalange. Elle dure douze heures, soit deux cycles d'activation de hairy2. Tant que le gène oscille entre activation et désactivation, les cellules destinées à fabriquer du cartilage se divisent. Quand elles se différencient en véritables cellules cartilagineuses, les oscillations de hairy2 cessent.

Tout se passe comme si, dans l'aile de poule, les cellules fabriquant du cartilage comptaient les cycles de hairy2 pour rythmer leur activité. Il semble donc que ces gènes cycliques jouent le rôle de chef d'orchestre, indiquant aux cellules quand elles doivent se diviser ou se différencier. Avec leurs rythmes si différents de l'immuable cycle de 24 heures d'un organisme adulte, ces horloges génétiques semblent bien être un élément clef de cette merveilleuse machinerie qu'est l'embryon...

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