1
Établissement de la polarité de lovocyte et son
contrôle par des gènes régulateurs
2
Polarités céphalo-caudale et dorso-ventrale des
ovocytes

• Ces axes de symétrie seront les axes de lembryon
  et de ladulte.
• Résultats de lactivité de plusieurs gènes qui
  sexpriment dans lovocyte.
• Gènes maternels ou à effet maternels.

3
Gènes maternels de polarités

• Gènes bicoïd pôle céphalique
• Inhibe de la traduction de lARNm caudal
• Active la transcription du gène hunchback
• Gènes nanos pôle postérieur
• pas un facteur de transcription
• réprime la traduction du gène hunchback
• Cytosquelette joue un rôle dans la migration et
  la localisation des ARNm bicoïd et nanos.

4
Polarité dorso-ventrale
Acquisition de la polarité dorsale dans lovocyte
de drosophile
5
Expression du plan de développement chez
lembryon de drosophile
6
Organisation de lembryon suivant laxe
antéro-postérieur

• Régulation de lexpression dun gène de
  segmentation (KNIRPS) sous laction combinée des
  gènes maternels de polarité, nanos et bicoïd

7
Organisation dorso-ventrale de lembryon

• Résultat de la translocation sélective dun
  facteur de transcription dans les noyaux du
  blastoderme ventral.
• Protéine dorsal active les gènes de
  ventralisation (snail et twisted) et répriment
  les gènes de dorsalisation (Tolloïd).
• Blastoderme syncytial, la protéine dorsal est
  dans les noyaux de la face ventrale où sa
  concentration est maximale, puis elle décroît
  dans les noyaux du blastoderme latéral et devient
  nulle dans ceux de la région dorsale du
  blastomère.

8
Les gènes de segmentation
9
Régulation de lexpression des premiers gènes de
segmentation chez lembryon de la drosophile
10
Métamères et parasegments chez la drosophile
(exemple dexpression dun gène pair-rule)
11

• Au début de la gastrulation, le blastoderme est
  donc constitué de rang de cellules organisés en
  parasegments polarisé, se succédant suivant laxe
  céphalo-caudal, chaque parasegment étant aussi
  polarisé dorsoventralement.
• Gènes de polarité
• 26 gènes de segmentation
• Gènes sélecteurs homéotiques vont déterminer les
  structures propres de chaque segment

12
Gènes homéotiques

• Les gènes homéotiques déterminent les structures
  caractéristiques de chaque segment en
  sélectionnant les gènes activés dans chaque
  segment.

T 1, T 2, T 3 segments thoraciques A 1, A 2, A
3....A 8 segments abdominaux
Schéma du plan d'organisation de la drosophile
sauvage normale
13
Cartographie des gènes homéotiques

• Chez la drosophile, ces gènes sont localisés sur
  le chromosome 3, sont
• regroupés en deux régions et ils forment 2
  complexes de gènes
• le complexe  Antennapedia  ,
• le complexe  Bithorax .

14
Cartographie des gènes homéotiques

• Le complexe Antennapedia est constitué de 5 gènes
  homéobox
• Deformed (Dfd) mutation affecte les
  parasegments 0 et 1
• Sex combs reduced (Scr) - mutation affecte les
  parasegments 2 et 3
• Antennapedia (Antp) mutation affecte les
  parasegments 4 et 5
• Labial (Lab) et proboscidea (Pb) partie de la
  tête

Structures de la tête et le thorax
15
Cartographie des gènes homéotiques

• Le complexe Bithorax contrôle le développement
  des parasegments 5-14
• ultrabithorax (Ubx)
• abdominal-A (Abd-A)
• abdominal-B (Abd-B)

Structures du 3ème segment thoracique et de
labdomen
16
Structure des gènes homéotiques
Homéobox homéoboîte Séquence de 180 pb
Homéodomaine domaine de liaison à lADN de la
protéine régulatrice (Peptide 60 aa)
La structure protéique tridimensionnelle de
l'homéodomaine s'organise en trois hélices a qui
forment le motif hélice-boucle-hélice (ou HLH
pour Helix-Loop-Helix) . Le motif HLH constitue
le domaine d'interaction avec la molécule d'ADN.
C'est cette partie de la molécule qui s'insère
dans le sillon de la double hélice de l'ADN et
contribue à ouvrir celle-ci pour la rendre
transcriptionnellement active. La séquence
nucléotidique minimum reconnue par le motif HLH
est constituée des quatre bases TAAT (ou ATTA
complémentaire).
17
Modèle montrant les interactions entre la double
hélice d'ADN (à droite de la figure en bleu), et
l'homéodomaine (à gauche en vert). Les trois
hélices a de l'homéodomaine sont stylisées sous
forme de trois cylindres qui constituent le motif
HLH. Celui-ci vient s'intercaler dans le grand
sillon de l'ADN. Les sphères rouges, jaunes,
blanches et bleues représentent les acides aminés
qui interagissent avec les bases nucléotidiques
de l'ADN situées en vis à vis.
18
Structure des gènes homéotiques

• Les homéodomaines de toutes les protéines
  régulatrices sont extrêmement proches par leur
  structure et ne diffèrent entre eux que par
  quelques aa.
• Ce degré dhomologie élevé entre les gènes
  homéotiques résulteraient de leur origine commune
  (gène ancestral).
• Les faibles différences dans la structure de leur
  homéodomaine permettent à chaque delles de se
  lier préférentiellement aux séquences
  régulatrices dun gène déterminé.
• La nature de la régulation activation ou
  inhibition, dépendra aussi dautres domaines de
  la protéine régulatrice.

19
Expression des gènes homéotiques

• Gènes homéotiques sexpriment dés la
  gastrulation.
• La règle de colinéarité lordre dans lequel ces
  gènes sont localisés sur le chromosome de 3 vers
  5 est identique à lordre dans lequel se
  succèdent les aires anatomiques où ils
  sexpriment de la tête vers la queue.

20
Expression des gènes homéotiques

• Lexpression des gènes homéotiques est régulée
  par des protéines codées antérieurement par des
  gènes  gap  ou  pair-rule .
• Exemple

Fushi tarazu
Représentation des domaines dexpression des
homéogènes du complexe HOM
21
Expression des gènes homéotiques

• Les gènes homéotiques exercent entre eux un
  contrôle de leur domaine dactivation respectif.

drosophile mutante  ultrabithorax   formation
dailes dans le 3ème segment thoracique
Tête de drosophile mutante "antennapedia"
La mutation Antennapedia a modifié les antennes
en pattes.
22
Expression des gènes homéotiques

• Un même gène homéotique peut exercer des
  contrôles différents.
• Certains gènes homéotiques ont plusieurs
  promoteurs et des sites dinitiation de la
  transcription qui sont activés par des protéines
  régulatrices qui diffèrent suivant les régions de
  lembryon.

Gène Antennapedia (Antp)
Activer par protéine hunchback et Fushi tarazu
Activer par protéine Krüppel
1er promoteur
2ème promoteur
Supprimer par la protéine ultrabithorax
Supprimer par la protéine oskar
Protéine régulatrice Antp
Protéine régulatrice Antp
Développement du thorax dorsal
Développement du thorax ventral (différenciation
des pattes)
23
Expression des gènes homéotiques

• Certains gènes homéotiques peuvent produire
  plusieurs protéines régulatrices par le jeu de
  lépissage alternatif.

Gène Ultrabithorax
Protéine Ubx 2
Protéine Ubx 1
1 seule protéine intervient dans la détermination
de lidentité des parasegments
Protéine Ubx1 Protéine Ubx2 transforment toutes
deux une antenne en patte
24
Les gènes régulateurs chez les vertèbres

• Gènes régulateurs contrôlant létablissement des
  axes antéro-postérieur (Goosecoïd-Brachyury) et
  dorso-ventral (Wnt pour ventral).
• Ils entrent en jeu au moment de la gastrulation.

25
Les gènes régulateurs chez les vertèbres

• Puis, gènes sélecteurs homéotiques qui
  déterminent le patron de lorganogenèse 4
  complexes de gènes analogues à ceux de la
  drosophile.
• règle de colinéarité,
• gènes situés au même niveau dans chaque complexe
  sont à forte homologie dhoméoboîte gènes
  paralogues
• expression domaine défini et diminuant davant
  en arrière,
• (régulée par lacide rétinoïque),
• plusieurs dans une même structure embryonnaire,
• gènes à limite dexpression antérieure sont
  activés tôt (comme pour différenciation de
  lembryon) ex différenciation dun membre

26
Cartes de répartition des gènes régulateurs
homéotiques de la drosophile et dun
mammifèresEn haut complexe Hom-C, sur le
chromosome 3 de la drosophile regroupant les
complexes des gènes Antennapedia (ANT-C) et
Bithorax (BX-C).En bas Représentation
cartographique des 4 complexes HOX A, B, C, D
portés par 4 chromosomes différents. On distingue
13 groupes paralogues les gènes HOM et HOX
appartenant à un même groupe paralogue présentent
de fortes homologies.
27
Représentation des domaines dexpression des
homéogènes du complexe HOM de la drosophile, et
de HOXB de la souris.les gènes paralogues sont
exactement superposés sur les deux cartes. On
constate que, pour chaque gène, la limite
dexpression va en diminuant vers la région
caudale. Pour une région donnée du corps,
plusieurs gènes homéotiques peuvent sexprimer,
avec parfois des degrés dintensité différente.
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• Remarque il faut donc noter une très grande
  conservation de ces gènes Hom/Hox
  (droso/mammiferes)
• conservation de séquences (homeoboîte), de la
  structure protéique (homéodomaine), de
  lorganisation génique sur le complexe (puisque
  les complexes dérivent du même complexe
  ancestral)
• conservation du mode dexpression (tous ces gènes
  sexpriment selon des territoires chevauchants,
  avec une frontière antérieure colinéaire à la
  position des gènes sur le complexe)
• conservation de fonction ils déterminent tous
  une identité de position aux cellules dans
  lembryon.