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Dossier - Ces gènes qui façonnent la forme des animaux
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Les récentes avancées de la génétique du développement permettent de comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires qui déterminent la structuration des embryons et donc la forme des espèces vivantes.

  
DossiersCes gènes qui façonnent la forme des animaux
 

Les programmes génétiques qui assurent la structuration de l'organisme commencent à être identifiés et, pour certains, on commence à entrevoir les mécanismes de régulation des gènes qui la coordonnent et la contrôlent.

La code homéotique préside à la structuration des organismes vertébrés… et invertébrés © 1994 Lydia Kibiuk

A la fin du XIXe siècle, le naturaliste William Bateson rapportait ses observations de mouches portant des structures morphologiquement bien développées, mais disposées à des endroits anormaux sur le corps de l'animal.  Il existe par exemple des mouches mutantes portant des pattes en lieu et place des antennes, ou arborant une deuxième paire d'ailes au niveau d'un segment du thorax normalement affublé de petits balanciers. Ce phénomène qu'il baptisa homeosis, fut redécouvert et interprété une petite centaine d'années plus tard, à la lumière des progrès de la génétique moléculaire et de son étude appliquée à l'embryologie. C'est ainsi qu'il fut identifié que les transformations homéotiques chez la drosophile trouvent leur origine dans la dérégulation de gènes appartenant à une famille de gènes, logiquement dénommés gènes homéotiques (ou gènes Hox), qui président à la destinée des structures en développement selon leur position le long de l'axe antéro-postérieur de l'organisme.

Transformation morphologique de la seconde vertèbre (C2) conséquente à la modification d'un gène homéotique © Sophie Remacle, Leila Abbas, René Rezsohazy, UCL

En d'autres termes, ces gènes homéotiques agissent comme des architectes contrôlant la structuration spatiale de l'organisme. Des gènes homéotiques ont ensuite été identifiés à travers presque tout le règne animal, y compris chez l'homme ou la souris qui en possèdent trente neuf, et leur étude a révélé qu'ils contribuent chez toutes les espèces à l'établissement d'un axe antéro-postérieur bien régionalisé.

Par exemple, l'inactivation expérimentale d'un gène homéotique donné chez la souris a conduit à transformer la deuxième vertèbre cervicale, l'axis, en une vertèbre possédant la morphologie de l'atlas. L'invalidation d'un autre gène de la famille a provoqué l'apparition d'une paire de côtes supplémentaire connectée à une vertèbre lombaire qui en est normalement dépourvue. Leur rôle ne se limite cependant pas à la régionalisation du grand axe de l'organisme, car selon les espèces, ces gènes participent aussi par exemple au développement des membres, à la différenciation des lignées cellulaires du sang, à la maturation de la glande mammaire en vue de la lactation ou encore à la croissance des poils.

Squelette d'une souris © Françoise Gofflot, Natalia Cabrera, UCL

Les gènes homéotiques codent pour des protéines qui ont pour rôle de contrôler l'expression d'autres gènes. On parle de facteurs de transcription puisqu'ils stimulent ou inhibent la transcription de gènes en ARN qui seront ensuite traduits en protéines. Même si les gènes contrôlés par ces facteurs de transcription Hox restent à ce jour largement inconnus, on sait que ces gènes cibles assurent des fonctions très diverses dans la communication entre les cellules, leur division, leur migration, leur métabolisme, toutes fonctions nécessaires à la bonne différenciation des structures en développement, qu'il s'agisse de vertèbres ou de nerfs crâniens par exemple. Autrement dit, les protéines encodées par les gènes homéotiques sont des maîtres architectes en ce sens qu'elles contrôlent et articulent le développement de structures dans le temps et dans l'espace (Kmita et Duboule, 2003).

Mais comment cette structuration s'opère-t-elle, assurant le développement des bonnes structures aux bonnes places et en bon ordre ?