Oeil surnuméraire sur une patte de mouche
Avec l'aimable autorisation du Pr. Gehring
Rev 27-11-2004
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On décrit des mutations appelées "small eye" (Sey) chez la souris, et "Aniridia" chez l'Homme, qui causent des anomalies comparables (petits yeux et absence d'iris). Les deux séquences des protéines sont identiques. Il faut que la souris soit hétérozygote pour que l'on se rende compte de cette anomalie phénotypique. Les souris homozygotes meurent à l'état embryonnaire, sans yeux et avec un système nerveux anormal.
Les mutations small eye et Aniridia affectent donc le même gène, identique de la souris à l'Homme, ce sont des gènes orthologues (même gène dans des espèces différentes)
Oeil ectopique d'une drosophile transgénique
Cliché dû à l'obligeance du Pr David Cribbs
Le gène qui dirige la formation de l'oeil est le gène PAX6.
Le gène équivalent chez la mouche drosophila melanogaster, est appelé gène eyeless. Il initie la création de l'oeil dans son ensemble et a été séquencé, avec l'aide du hasard, par Rebecca Quiring qui cherchait à séquencer un autre gène.
On a pu 'créer' des mouches avec 14 yeux, dans le but d'étudier le développement des organismes. Walter J.Gehring, en 1995, a activé la transcription de eyeless dans différentes parties du corps des larves de drosophiles et a pu constater la présence d'yeux sur les pattes , les antennes et les ailes. eyeless était donc bien le gène source dirigeant la création de l'oeil chez la mouche. Ces yeux étaient normaux et les cellules visuelles fonctionnaient, mais les yeux n'étaient pas connectés au cerveau.
L'équipe de recherche transféra le gène Pax6 de la souris dans une larve de mouche et vit également apparaître des yeux surnuméraires de mouches sur les ailes et les pattes. La mouche sait donc lire le gène de la souris ! Le gène de la souris sert de commutateur et entraîne le fonctionnement des gènes de la mouche, ce qui explique que ce soit bien un oeil de mouche qui soit formé.
Pourtant ces deux espèces ont divergé, il y a 500 millions d'années.
Par simplification PAX6 correspond à 'small eye' chez la souris, 'eyeless' chez la mouche et 'aniridia' chez l'Homme. Tous ces gènes sont orthologues.
Yeux rouges ectopiques d'une drosophila melanogaster
Cliché dû à l'obligeance du Pr David Cribbs
Des expérimentations ultérieures ont permis de créer des grenouilles (Xenopus) avec trois yeux. Le troisième oeil apparut à l'arrière de la tête, était plus petit que les yeux habituels mais possédait tous les éléments (cristallin, rétine...).
Nous vous proposons un intéressant texte public en anglais de l'équipe du Pr Gehring : Eyeless initiates the expression of both sine oculis and eyes absent during Drosophila compound eye development
ainsi qu'un autre de Veraska, Del Campo et McGinnis, en anglais : Developmental Patterning Genes and Their conserved functions, From model organisms to Humans.
Ainsi, on peut dire que l'embryologie de l'oeil de l'Homme, de la mouche et de la souris est pilotée par le même gène bien que les yeux de ces trois espèces soient tout à fait différents !! Cela veut sans doute dire que ce gène (PAX6 ou small eye ou eyeless) est très ancien et commun à de nombreuses espèces. L'évolution a fait diverger les espèces au fil des millions d'années mais elles ont gardé un souvenir commun, le gène qui dirige la formation de l'oeil.
Pour expliquer les différences entre les différents yeux des espèces, on pense qu'après le gène commun se trouvent des gènes intermédiaires responsables de la construction de l'oeil.
Des mutations de ces gènes vont entraîner différentes anomalies oculaires, telle qu'une Aniridie.
L'aniridie correspond à l'absence d'iris des deux côtés. A l'examen on se rend compte qu'on voit l'ensemble du cristallin, et qu'il n'existe qu'une mince collerette d'iris. Elle peut s'accompagner de complications ophtalmologiques, comme un glaucome, une hypoplasie maculaire, une luxation du cristallin, des opacités cristalliniennes ou une amétropie. Il est important de rechercher un syndrome général lorsque l'aniridie s'associe à une délétion chromosomique en 11p13. En effet on peut déceler un néphroblastome (tumeur de Wilms) ou un gonadoblastome, dans le cadre d'un syndrome WAGR (Wilms tumor, Aniridia, Genito-urinary malformation, mental Retardation).
Différentes mutations génétiques sont responsables d'autres dysgénésies du segment antérieur associant des anomalies de la cornée, de l'iris et de l'angle irido cornéen avec glaucome (syndrome de Peters, de Rieger ou d'Axenfeld).
...quasiment identiques, dans le règne animal, comme le gène RPE65. On retrouve une structure comparable à plus de 95% chez la souris et chez l'Homme. Ce gène peut être déficient comme dans l'amaurose congénitale de Leber. Il code une protéine RPE65 qui joue un rôle important, bien que mal connu, dans la synthèse de la rhodopsine.
Ana Boulanger, Suyan Liu, Shirley Yu, T. Michael Redmond Sequence and structure of the mouse gene for RPE65 Mol Vis 2001; 7:[pagination pending]
On a pu être étonné de la conservation de PAX6 au fil de l'Evolution, mais on s'est rendu compte que la Nature avait choisi des voies différentes pour les réactions photochimiques induites dans la rétine par la lumière.
L'élément clef dans le phénomène de la vision, c'est le rôle de la lumière dans les réactions photochimiques qui se produisent au niveau de la rétine, et qui vont donner un influx nerveux vers le cerveau.
La réaction chimique capitale est la photoisomérisation du rétinaldéhyde. Cette réaction semble avoir été conservée au fil des espèces animales
Chez les procaryotes, c'est l'action d'une pompe à protons (bactériorhodopsine) fonctionnant sous l'influence de la lumière qui va créer de l'ATP (adénosine triphosphate). Chez les eucaryotes ce mécanisme est utilisé pour la photoréception.
L'association du rétinaldéhyde et d'une protéine nommée opsine forme la rhodopsine. L'opsine fait partie d'une classe de récepteurs transmembranaires couplées aux protéines G. Chez les métazoaires, les opsines sont une sous-famille distincte qui a dû évoluer à partir d'un ancêtre commun.
La rhodopsine est la molécule capitale qui permet la vision. Un seul photon de lumière suffit à activer une molécule de rhodopsine, en isomérisant le pigment visuel, le 11-cis-rétinal en tout-trans-rétinal, ce qui induit un changement de conformation de la molécule de rhodopsine aboutissant à la métarhodopsine II (forme activée).
Bien qu'on ait un processus comparable de photoisomérisation à partir du 11-cis-rétinal (vertébrés) ou de déhydro-ou d'hydroxy-11-cis-rétinal (invertébrés), les réactions chimiques qui suivent ne sont pas les mêmes.
Chez les vertébrés, l'activation de la rhodopsine par la lumière entraîne, par l'intermédiaire de protéines G spécifiques, la modification du taux de GMP cyclique. Ce GMP cyclique commande un canal sodium. Dans le noir les niveaux de GMP cyclique sont hauts et le canal est ouvert, la membrane est dépolarisée et la synapse active, larguant des neurotransmetteurs A la lumière, l'activation de la rhodopsine entraîne l'activation d'une enzyme phosphodiestérase qui va hydrolyser le GMP cyclique. Donc cette molécule devient rare, ce qui va fermer le canal sodium, ce qui stoppe l'émission du neurotransmetteur. Cette information est relayée par un jeu complexe de cellules bipolaires et de cellules horizontales.
Chez les invertébrés,
Le processus de transduction visuelle est différent. La lumière va activer la rhodopsine, qui, par une protéine G différente va activer une enzyme phospholipase C. Cela va donner la production de deux messagers, le diacylglycérol et l'inositol triphosphate. Ces deux molécules vont entraîner deux voies différentes : le premier active une protéine kinase C, le second active un canal calcium.
Au total
L'action de la lumière sur le pigment visuel est commune aux vertébrés et aux invertébrés mais le processus de transduction visuelle est différent. Il y a encore des inconnues sur le fonctionnement des photorécepteurs, notamment sur l'adaptation des photorécepteurs à la lumière, sur la régulation de la transmission synaptique, sur les processus d'élaboration des organelles contenant le pigment visuel, et sur le cas particulier des cônes, moins bien connus que les bâtonnets.
Le Prix Nobel fut attribué en 1995 à Edward B. Lewis, Christianne Nüsslein-Volhard et Eric F. Wieschaus pour avoir exploré le contrôle génétique du développement embryonnaire.
 Edward B. Lewis |
 Christianne Nüsslein-Volhard |
 Eric F. Wieschaus |
Ils mirent en évidence les gap-genes qui sont sollicités très tôt dans l'embryon et permettent de donner le plan d'ensemble avec un axe crânio-caudal. Puis les pair rule-genes vont entraîner la segmentation de l'embryon. Enfin les segments polarity-genes donnent leur spécificité à la tête et au secteur caudal.
Il trouva une colinéarité dans le temps et dans l'espace entre l'ordre des gènes dans le complexe bithorax et leurs régions cibles.
Nous vous conseillons le livre "La drosophile aux yeux rouges" qui décrit la génétique actuelle et les progrès de ces dernières années. Cette quête est très loin du but qui permettrait de comprendre l'ensemble de la formation de l'organisme. Nous ne sommes qu'au début d'une longue et passionnante exploration de nos gènes.
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"Quoi de plus stupéfiant que le développement d'une embryon ? Comment les cellules savent-elles qu'elles doivent placer les yeux sur la face et non sur la cuisse de l'individu qu'elles forment ? Pourquoi l'oublient-elles parfois pour donner connaissance à un monstre ? Walter Gehring retrace les progrès récents de la génétique du développement embryonnaire dont il est l'un des plus éminents spécialistes. Il raconte la traque planétaire des gènes qui contrôlent l'exécution du plan universel que suit la formation des organismes supérieurs, de la mouche à l'homme. Il décrit en même temps la concurrence impitoyable que se livrent les scientifiques, dont la vertu cardinale devient l'opportunisme clairvoyant. Où l'on commence à comprendre comment nous sommes fabriqués..." Editions Odile Jacob Sciences ISBN 2.7381.0696.X |
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Pour ceux qui seraient pris du virus de la Connaissance, il est toujours bon de redécouvrir le livre de Darwin, "L'origine des espèces" (1859). Le chapitre VI est très intéressant car il évoque les "Difficultés de la Théorie" avec, en particulier, les "Organes de perfection extrême" dont l'oeil est le principal représentant. Editions GF-Flammarion ISBN 2-08-070685-3 |
