La drosophile, un système génétique modèle proche de l

La drosophile, un système génétique modèle
proche de l’homme.
François karch
Département de Zoologie et biologie animale
Université de Genève.
15 septembre
13 octobre
La drosophile, un système génétique modèle
proche de l’homme.
François karch
Département de Zoologie et biologie animale
Université de Genève.
Quelques comparaisons avant d’entrer dans le vif du sujet
La séquence d’ADN du génome entier de la drosophile
a été terminée en 2000.
La détermination de la séquence complète du génome
humain a été achevée en 2003.
Quelques comparaisons avant d’entrer dans le vif du sujet
Nombre de gènes chez la drososphile: 15’000-20’000
Nombre de gènes chez l’homme: 20’000-25’000
==> PAS BEAUCOUP DE DIFFERENCES !!!!!
Quelques comparaisons avant d’entrer dans le vif du sujet
CE PEU DE DE DIFFERENCES IMPLIQUE:
==>> Plus de la moitié des gènes de la drosophile ont des
homologues chez l’humain
==>>
Parmi 289 gènes impliqués dans des pathologies
sévères chez l’homme, 177 existent chez la drosophile
Un gène selon de dogme de la biologie moléculaire
(expresse)
ADN
TATAAATAGCCTCGAAGCGCCTATTCGTG
ATATTTATCGGAGCTTCGCGGATAAGCAC
GCCATGCATGCGCGAGAGATGCCGTTGA
CGGTACGTACGCGCTCTCTACGGCAAC T
A T
G C
ARNm (transcription)
CGGAGCUUCGGGAUAAGCACCGGUACGUACGCGCUCUCUACGGCAAC
traduction
Protéine
code génétique
T->U
white, la 1ère mutation chez la drosophile isolée par
Thomas Hunt Morgan en 1910.
type sauvage
mutant white
Thomas H. MORGAN (1866-1945; prix Nobel, 1933)
Calvin B. Bridges (1889-1938)
Hermann J. Muller (1890-1967; prix Nobel 1946)
Alfred Sturtevant (1891-1970)
La drosophile possède 4 paires de chromosomes
Y 1=X
2 2
+
3 3
4 4
1=X
w
2 2
w
33
4 4
Y 1=X
1=X
X
+
w
Y 1=X
w
Y 1=X
w
w
1=X
w
1=X
+
+
w
Biologie du Développement, Lewis Wolpert (1999) Fig. 2.29 p 44
Carte cytogénétique de Drosophila melanogaster
La correspondance entre la carte génétique et la carte cytogénétique a permis à partir du débuts des années
80s, de cloner un gène sur la base de sa position sur les chromosomes. Jusqu’alors, pour cloner un gène, il
fallait pouvoir purifier son transcript.
Marche chromosomique
76C
Sonde
Gène ASF1
(histone chaperone)
Wild type
Antennapedia
Gènes homéotiques: classe de gènes qui lorsqu’ils sont mutés conduisent
à un phénotype ou une transformation homéotique
Transformation homeotique: se dit lorsqu’à la place d’une structure morphologique
spécifique se développe une autre structure morphologique qui se trouve normalement
ailleurs sur le corps de la mouche.
exemple une patte se développe en lieu et à la place d’une antenne.
(attention il ne s’agit pas d’une duplication, mais d’un remplacement)
L’existence des mutations homéotiques a convaincu Ed Lewis vers la fin des années
40s, que la génétique devrait permettre d’étudier les mécanismes du développement.
En étudiant les gènes homéotiques du complexe bithorax il a fondé
la «génétique du développement» Ed Lewis a inspiré beaucoup de chercheurs, dont
Eric Wieschaus et Yanni Nusslein-Volhardt avec qui il a partagé
le prix Nobel de médecine en 1995
Genes and Developmental pathways (1963)
American Zoologist 3, 33-56
T2
aT2pT2
T3
aT3pT3
bx
Double mutant
bx, pbx
pbx
T1
T2
T3
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
bxd/pbx
abx/bx
Ubx
iab-2 iab-3 iab-4 iab-5 iab-6 iab-7 iab-8
abd-A
Abd-B
Adapted from Akam, Dawson and Tear (1988). Homeotic genes and the control of segment diversity. Development 104 Suppl. 123-133
-100
-80
H
-60
-40
-20
0
iab-5
iab-3
bxd / pbx
abx / bx
iab-2
+20
+40
iab-4
+60
+80
iab-7
iab-8,9
iab-6
+100
+120
+140
+160
H
abdA
+200
H
Ubx
+180
AbdB
Un gène selon de dogme de la biologie moléculaire
(expresse)
ADN
TATAAATAGCCTCGAAGCGCCTATTCGTG
ATATTTATCGGAGCTTCGCGGATAAGCAC
GCCATGCATGCGCGAGAGATGCCGTTGA
CGGTACGTACGCGCTCTCTACGGCAAC T
A T
G C
ARNm (transcription)
CGGAGCUUCGGGAUAAGCACCGGUACGUACGCGCUCUCUACGGCAAC
traduction
Protéine
code génétique
T->U
Structure d’un gène
Séquences régulatrices
Gène
ADN
Promoteur:
point de départ
de la transcription
en ARNmessager
Patron d’expression du gène fushi tarazu dans un embryon précoce
abx/bx
Ubx
bxd/pbx
iab-2
iab-3
abd-A
iab-4
iab-5
iab-6 iab-7
iab-8
Abd-B
Les gènes homéotiques (Hox genes) des complexes
Antennapedia et bithorax. Assignent l’identité de chacun des 14 segments
Developmental Biology, 6th edition Scott Gilbert. Fig 9.27 p 286
En 1985, le séquencage des gènes Ubx et Antp à révélé l’existence
d’une séquence de 180 nucléotides hautement conservée entre les deux
gènes codant pour une séquence de 60 acides aminés que l’on a baptisée
« homeobox ».
Ainsi l’hypothèse d’Ed Lewis envisageant que les gènes homéotiques
étaient apparus au cours de l’évolution par duplications s’avérait
exacte.
Les gènes homéotiques (Hox genes) des complexes
Antennapedia et bithorax. Assignent l’identité de chacun des 14 segments
Developmental Biology, 6th edition Scott Gilbert. Fig 9.27 p 286
Multiple Sites of Colinear Regulation (axes)
Dollé et al. Nature, 1989
Perte de fonction complète:
sous-famille 10
• on peut considérer, que les pré-vertèbres de toute une région
anatomique ont changés leurs identité axiale
Hoxa10-/-;
Hoxc10-/-;
Hoxd10-/(Wellik and Capecchi, 2003)
Perte de fonction complète:
sous-famille 10
• les protéines de sous-famille 10 suppriment la
formation de côtes
Hoxa10-/-;
Hoxc10-/-;
Hoxd10-/(Wellik and Capecchi, 2003)
Cas du gène « engrailed »
Pour révéler l’expression du gène engrailed, on a remplacé sa séquence codante par celle du gène
bactérien qui code pour la ß-galactosidase, une enzyme impliquée dans le métabolisme du lactose.
Lactose -----------> Glucose+Galactose
En incluant un analogue du galactose on arrive à la formation d’un précipité bleu
hh: hedgehog substance morphogène
hedgehog
hh
en
ant.
post.
S
engrailed
hedgehog
ant.
engrailed
En
Dpp
Il existe des homologues d’engrailed et hedgehog chez les vertébrés
et les mammifères.
Chez l’homme il y 3 copies du gène hedgehog (hh).
Aux USA il existe 2 espèce d’hérissons, « indian & desert »
hh desert
hh indian
hh sonic
Une mutation dans le gène Sonic hedgehog affecte le
développement de la main chez l’Homme.
(Furniss et al., 2008)
Des mutations de Shh sont responsable d’holoprosencéphalie
Veratrum californicum
(Roessler et al., 1996)
Cyclopamine
Holoprosencéphalie induite
chez le bétail
Forme héréditaire de la maladie de Parkinson est due à une mutation
dans un gène codant pour une protéine appelée synuclein. Avec l’age,
cette forme mutante s’accumule dans le cytoplasme des neurones,
formant des aggrégats qui conduisent à la mort des neurones dits
dopanigermique (neuro-transmetteur).
En 2000, Feany et Bender on créé des lignées de drosophiles exprimant
la forme normales et mutante de la synuclein humaine. 30 jours après
éclosion on observe la disparition de neurones dopaminergiques dans le
cerveau des ces mouches suite à l’apparition d’aggrégats
Fabienne Cléard
Jean-Michel Gibert
Dragan Gligorov
Mahesh Gummalla
Carole Iampietro
Robert Maeda
Annick Mutéro
Henrik Gyurkovics
Johannes Bischof
Konrad Basler
BX-C Geneva
FONDS NATIONAL SUISSE
SCHWEIZERISHER N ATIONALFONDS
FONDO N AZIONALE SWIZZERO
SWISS NATIONAL SCIENCE FOUNDATION
BRC, Szeged
C31 Zurich
University of Geneva
The End