PLAN D'ORGANISATION DES VERTÉBRÉS

Expression des gènes Hox chez les vertébrés

Un gène est une zone fonctionnelle de l'ADN génomique qui code pour une protéine. C'est une approximation qui suffira ici. On peut décomposer un gène en une zone codante, qui contient l'information pour la protéine et sa fonction, et une zone promotrice, qui régule où et quand un gène est transcrit en ARN, donc ce qui fait que cette protéine est exprimée dans certaines cellules de l'embryon et à un moment précis (il s'agit là aussi d'une approximation). Au début des études sur les vertébrés, on ne disposait pas de mutants des gènes Hox. Le travail a donc porté sur l'expression de ces gènes, c'est-à-dire le lieu dans l'embryon et le moment au cours de l'embryogenèse, de l'apparition des ARN messagers de chaque gène, ce que l'on appelle le profil d'expression de ces gènes. On réalise ainsi une double cartographie dans l'espace et dans le temps du profil d'expression des gènes.

L'expression des ARN messagers des gènes Hox est décelable dès la phase de gastrulation, au moment où l'embryon acquiert une polarité antéro-postérieure uniquement dans la partie postérieure des feuillets ectodermique et mésodermique, y compris la ligne primitive. Ultérieurement, ils sont exprimés dans de nombreuses structures de l'embryon en développement : le mésoderme des somites, le neuroderme, mais aussi les reins primitifs, le tubercule génital, les membres...

Les transcrits d'homéogènes ne sont présents que dans la partie de la tête qui présente une organisation segmentée et qui représente, en termes de phylogénie, la partie la plus ancienne de la tête des organismes vertébrés : il s'agit des arcs branchiaux et du cerveau postérieur ou rhombencéphale, dit « cerveau primitif ». Les gènes Hox ne sont jamais exprimés en avant du rhombencéphale et de l'appareil branchial et sont totalement exclus de la partie de la tête qui a évolué plus récemment à partir des dérivés de la crête neurale.

Colinéarité spatiale

La caractéristique fondamentale des complexes HOX/HOM est la relation entre l'ordre physique des gènes le long du chromosome et l'ordre physique de leur expression le long de l'axe antéro-postérieur de l'embryon. Cette propriété appelée « colinéarité spatiale » a été découverte d'abord chez la drosophile. L'ordre des gènes correspond à la position des segments dans lesquels ils s'expriment normalement. Elle a été ensuite retrouvée chez les vertébrés, mais avec une particularité : les domaines d'expression se chevauchent.

Chez les vertébrés, l'embryon a une organisation qui n'est que transitoirement et partiellement segmentée, les signes les plus évidents de cette segmentation se trouvant dans les dérivés du neuroderme (dont dérivent le rhombencéphale et la moelle épinière) et le mésoderme (en particulier les somites, dont dérivent les vertèbres, les côtes, les muscles...). Dans les somites, la frontière antérieure entre les régions où le transcrit n'existe pas et celle où il existe est précise, alors que la frontière postérieure d'expression de l'homéogène est floue : le signal y est seulement de plus en plus atténué selon un gradient de concentration antéro-postérieur. Le même principe s'applique pour l'expression de gènes Hox dans le système nerveux central. Pour un même complexe HOX d'une espèce donnée, dans chacun de ces deux tissus, on retrouve la règle de colinéarité spatiale entre la position de l'homéogène au sein du complexe sur le chromosome et la limite antérieure de son domaine d'expression. Plus que toute autre propriété des complexes HOX des vertébrés, ce fut l'observation[...]