Exposé de biologie : Gènes homéotiques

« l'exception de proboscipedia [pb]) le long du chromosome est identique à la succession des régions où ils sont respectivement exprimés le l ong de l'axe antéro -postérieur de l'organisme.

On parle de colinéarité spatiale pour décrire cette observation.

Sa signification fonctionnelle n'est pas élucidée.

On suppose que cette propriété est liée à la régulation de l'expression des gènes homéotiques .

Une autre particularité de l'expression des gènes homéotiques est suggérée par les données de la génétique, et confirmée par les outils de la génétique moléculaire.

Lorsque les protéines homéotiques sont artificiellement et fortement exprimées dans la la rve, elles ne produisent de changements phénotypiques que dans les régions antérieures à leur domaine normal d'expression.

Postérieurement, leur action est phénotypiquement supprimée par les autres protéines homéotiques qui sont normalement localisées.

Cet te règle hiérarchique connue sous le nom de suppression phénotypique chez la drosophile est appelée prévalence postérieure chez les vertébrés où on l'observe également. Enfin, Lewis a émis l'hypothèse que les insectes auraient évolué à partir d'ancêtres pr ésentant un patron répétitif de segments thoraciques portant chacun une paire de pattes.

Les observations de phénotypes mutants sont compatibles avec ce modèle.

L'addition de nouveaux gènes homéotiques au complexe ancestral — peut -être par un mécanisme de duplication de gènes — aurait permis la diversification de la morphologie et la spécialisation des segments. La découverte de I'« homéo box » La génétique moléculaire a permis en 1984 la publication des premières séquences de gènes homéotiques.

Ces données ont constitué un support moléculaire à l'appui des hypothèses évolutives.

Les gènes homéotiques de drosophile ont en commun une séquence, l'homéobox, ou « homéoboîte » codant pour un motif protéique de 60 acides aminés appelé homéodomaine.

Les travaux de l a génétique suggéraient que les protéines homéotiques sont des facteurs de régulation de l'expression d'autres gènes présentés comme effecteurs du développement.

La structure de l'homéodomaine, qui rappelle celle de protéines régulatrices de l'expression g énétique chez la bactérie ou la levure, est à l'appui de cette hypothèse. La conservation de ce motif entre les gènes de drosophile a fait supposer une conservation plus large, et les techniques d'hybridation moléculaire ont permis d'identifier des gènes c odant pour des protéines à homéodomaine dans le génome de diverses espèces de Vertébrés ou d'Invertébrés.

Ces travaux sont à l'origine de l'identification de complexes de gènes homéotiques chez tous les animaux étudiés.

La conservation évolutive des struct ures a été rapidement montrée par les comparaisons de séquences nucléotidiques.

Puis, la génétique moléculaire a permis, au moyen des techniques de recombinaison homologue in vitro dans les cellules souches embryonnaires, d'obtenir des mutants homéotiques de souris.

Dans les années 90, la description de leurs phénotypes en termes d'homéose a apporté un argument décisif à l'appui d'une conservation fonctionnelle. Les complexes chez les vertébrés Chez la souris comme chez l'homme, quatre complexes de gènes homéotiques (Hox -a, Hox -b, Hox -c et Hox -d) sont présents sur quatre chromosomes différents.

Les parentés de structure entre ces différents gènes permettent de supposer qu'ils résultent de la duplication d'un complexe ancestral de gènes.

Il est possible d'a ligner verticalement ces complexes de manière à visualiser en mêmes positions relatives les gènes de chaque complexe ayant la plus grande isologie ou parenté de séquence nucléotidique.

On définit ainsi treize groupes de gènes dits paralogues, dont les doma ines d'expression au cours du développement de l'embryon se recou vrent en partie.

Il se pourrait que ces observations correspondent à une certaine redondance fonctionnelle. La logique d'expression des gènes Hox est comparable à celle des gènes HOM -C de d rosophile ; elle s'exprime même encore plus strictement.

Cette observation est essentielle à l'appui d'une conservation évolutive de leurs fonctions.

On décrit pour les gènes Hox une colinéarité spatiale d'expression, qui a trait à la disposition des gènes sur le chromosome et à l'arrangement de leurs domaines respectifs d'expression le long de l'axe antéropostérieur de l'organisme ou de l'axe proximo -distal des membres.

Il existe aussi une relation de colinéarité entre l'ordre des gènes sur le chromosome e t leur expression dans le temps au cours du développement.

On parle alors de colinéarité temporelle.

L'ordre des gènes sur le chromosome est aussi corrélé avec la possibilité de provoquer leur expression ectopique ( anormalement localisée) par l'acide réti noïque ou vitamine A acide, dont le rôle dans l'induction de malformations congénitales est connu chez la souris mais aussi en pathologie humaine.. »