DÉCOUVERTE de l’horloge génétique qui programme la forme des êtres vivants – Science

Cette horloge génétique ultraprécise composée d'une "bobine" de gènes d'un certain type, les gènes Hox, organise à la minute près la formation des êtres vivants, humains ou animaux. Ainsi, il faudra 48 heures pour que l'embryon humain se construise étape après étape. Ces chercheurs de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en ont découvert le secret. Des baleines bleues aux vers de terre et jusqu'à l'Homme, le mécanisme reste toujours le même. Cette découverte qui vient d'être publiée dans l'édition du 13 octobre de la revue Science, montre aussi que la moindre mutation a des implications. Pour preuve, le serpent, privé de vertèbres par un défaut dans les gènes Hox.

Pourquoi nos bras ne pousseraient-ils pas au centre de notre corps ? Ces chercheurs nous interpellent avec une question qu'ils définissent comme « pas si triviale » que ça. Vertèbres, membres, côtes, coccyx ... en seulement deux jours, tous ces éléments prennent leur place dans l'embryon, au bon endroit et avec la précision d'une montre suisse. Intrigué par la fiabilité extraordinaire de ce mécanisme, les biologistes s'étaient longtemps demandé comment tout cela fonctionne.

Pour l'embryon, une construction, étape par étape: Pendant le développement de l'embryon, tout se produit à un moment bien précis. En 48 heures, l'embryon se développera du haut vers le bas, une tranche à la fois, ce que les scientifiques appellent « the embryo's segmentation » ou segmentation de l'embryon. «Nous sommes ainsi constitués d'une trentaine de tranches horizontales», explique Denis Duboule, professeur à l'EPFL et à l'UNIGE. «Ces tranches correspondent plus ou moins au nombre de vertèbres que nous avons."

Chaque heure et demie, un nouveau segment est construit. Les gènes correspondant aux vertèbres cervicales, aux vertèbres thoraciques, aux vertèbres lombaires et au coccyx sont activés exactement au bon moment et l'un après l'autre. Le planning est suivi à la lettre. Les chercheurs suggèrent que l'ADN joue le rôle d'une sorte d'horloge génétique, mais ne comprennent pas comment.

Des gènes très spécifiques, connu comme "Hox", sont impliqués dans ce processus. Responsable de la formation des membres et de la colonne vertébrale, ils ont une particularité:« Ils sont situés exactement après l'autre sur le brin d'ADN, en quatre groupes. D'abord le cou, puis le thorax, puis les lombaires, et ainsi de suite», explique D. Duboule. «Cette disposition tout à fait unique devait inévitablement avoir son importance. »

Un processus étonnamment simple : Lors des tout débuts du développement de l'embryon, les gènes Hox sont endormis, enroulés comme une bobine de fil autour de l'ADN. Quand l'embryon commence à se former au niveau supérieur, les gènes codant pour la formation des vertèbres cervicales se détachent de la bobine et s'activent. Puis c'est au tour des vertèbres thoraciques, et ainsi de suite jusqu'au coccyx. Le brin d'ADN agit un peu comme une carte perforée d'ordinateur, avec des instructions spécifiques qui s'enchaînent progressivement. "Un nouveau gène sort toutes les 90 minutes, ce qui correspond au temps nécessaire pour la construction d'une « nouvelle couche » de l'embryon», explique l'auteur. 2 jours sont ainsi nécessaires pour que l'ensemble des gènes s'activent et que le processus de formation des différentes « couches » de l'embryon soit achevé.

C'est la première horloge mécanique jamais découverte en génétique. Elle explique pourquoi le système est si remarquablement précis. Durant de nombreuses années, l'équipe de chercheurs a analysé des milliers de bobines de gènes Hox et a réussi à compiler d'énormes quantités de données et à modéliser la structure de la bobine et son mécanisme dans le temps.

De nombreux êtres vivants, des humains à certains types de vers, des baleines bleues à certains insectes partagent cette horloge génétique. Le corps sinueux du serpent est une parfaite illustration, car les chercheurs ont découvert un défaut dans le gène Hox qui s'arrête normalement le processus de formation des vertèbres…

Source:Science 14 October 2011: Vol. 334 no. 6053 pp. 222-225 DOI: 10.1126/science.1207194 « The Dynamic Architecture of Hox Gene Clusters” et 14 October 2011: 153.DOI:10.1126/science.334.6053.153-h “A Time and a Place for Hox Genes” (Visuel AAAS “Mécanisme de la forme. Le rorqual bleu et le ver de terre doivent leur forme au même mécanisme biologique).