Gènes homéotiques

[coco]

Bonjour,
Les gènes homéotiques (complexe HOM et HOX) sont disposés sur le chromosome dans le même ordre que les endroits du corps où ils s'expriment.
Et au cours du développement, ce sont d'abord les gènes "antérieurs" qui s'expriment, puis progressivement les suivants.

Est-ce leur disposition sur le chromosome qui conditionne leur intervention dans l'espace et dans le temps??? et si oui comment??
Merci d'avance!

[Yoyo]

Bonjour coco,

C'est une bonne question, et actuellement il n'y a pas de reponse certaine.

Ce qui est connu est qu'en effet l'ordre de ces genes sur le chromosome condition leur expression. Chez l'humain le complexe de gènes Hox se compose de 39 gènes organisés en quatre groupes indépendants A, B, C et D localisés sur quatre chromosomes distincts. Les gènes localisés à l'extrémité 3' du groupe sont exprimés plus précocement au cours de l'embryogenèse que ceux situés dans la région 5' du même groupe.

les mécanismes permettant une telle régulation sont largement incompris, il semble cependant que cette regulation fasse intervenir un remodelage de la chromatine. Il existe aussi des genes de regulation chargé de maintenir eteints les homeogenes qui sont situés dans une région ou ils ne doivent pas s'exprimer et d'autre ayant au contraire pour role de les activer.

J'espere que cela te conviendra comme reponse

Yoyo

[coco]

Merci, mais mon schéma de compréhension de ces gènes est très flou dans ma tête ...Et cette réponse amène pour moi 3 questions... Puis-je alors continuer d'essayer de le préciser??? ops:

-"L'ordre de ces gènes conditionne leur expression": est- ce prouvé expérimentalement?
-Que signifie "remodelage de la chromatine"?
-Quelle est la différence entre gènes homéotiques et gènes de régulation? je veux dire que j'imagine des gènes "maîtres" ou "architectes" qui codent pour des protéines permettant de réguler l'expression d'autres gènes... il y aurait donc, au moins, 2 niveaux de régulation: les gènes "de régulation" ou "maîtres", les gènes homéotiques et les gènes codant pour les protéines de structure ou enzymatiques...???
Merci.

[Yoyo]

Merci, mais mon schéma de compréhension de ces gènes est très flou dans ma tête ...Et cette réponse amène pour moi 3 questions... Puis-je alors continuer d'essayer de le préciser??? ops:

Avec plaisir c'est un domaine de recherche passionant, meme si ca n'est pas le mien

-"L'ordre de ces gènes conditionne leur expression": est- ce prouvé expérimentalement?

Oui cela a ete demontre par des experience superbe, en deplacant un gene homeotique (en changeant sa position sur le chromosome) tu obtiens des annimaux avec des antennes dans les yeux ou avec une paire d'aile supplementaire... c'est absolument ahurissant, je mets quelques images :
Le mutant antennapedia (tete de drosophile normale a gauche, le mutant a droite:


le mutant bithorax qui porte bien son nom, avec deux thorax et donc deux paires d'ailes!


ces travaux ont notament permis a leurs auteurs de recevoir le prix nobel.
Pour ce qui est de l'organisation des genes et la correlation avec leur expression voici un petit schema recapitulatif:


en voici une autre plus specifique a la drosophile et a la souris (provenant du journal La Recherche):

<a href="http://www.inrp.fr/Acces/biotic/develop/controle/images/homhox3.jpg" target="_blank">
Cliquez ici pour agrandir l'image</a>

-Que signifie "remodelage de la chromatine"?

Il existe deux etat de la chromatine. Un etat condense, et un etat decondense. Lorsque la chromatine est condense alors les sequences regulatrices des genes (promoteurs, operateurs etc...) ne sont pas accessibles aux facteurs de regualtion, les genes sont donc inactifs. Au contrire les genes actifs se situe dans des regions de chromatines decondensee, donc plus facilement accessible aux facteurs de regulations.

-Quelle est la différence entre gènes homéotiques et gènes de régulation? je veux dire que j'imagine des gènes "maîtres" ou "architectes" qui codent pour des protéines permettant de réguler l'expression d'autres gènes... il y aurait donc, au moins, 2 niveaux de régulation: les gènes "de régulation" ou "maîtres", les gènes homéotiques et les gènes codant pour les protéines de structure ou enzymatiques...???

En fait c'est encore bien plus complique que cela (si j'ai bien compris ta question).

Il existe toute une serie de genes, dis "genes de regulation", qui permettent de reguler l'expression d'autres genes (ce que tu appeles genes "maitres, mais attention ceux-ci sont souvent aussi sous controle d'autre genes!). Ces genes de regulations sont par exemple des facteurs de transcription (qui vont permettre la synthese de l'ARNm), ou des proteines kinases (qui vont phosphoryler d'autres proteines qui a leur tour vont activer des genes)...ces signaux ont pour but d'adapter l'expression des genes en fonction des conditions environementales, binsur tu peux avoir des cascades de regulations, c'est a dire une proteine kinase qui phosphoryle une seconde proteine kinase qui elle meme phosphoryle une troisieme, cette derniere phosphorylant un facteur de transcription, qui deviens capable de se lier a l'ADN et permet l'expression d'un gene.

Maintenant il y a ce que l'on appele les "genes selecteurs", dont les homeogenes font parti. Ces genes sont eux aussi regules par des facteurs de transcription (probablement). Ils sont dis selecteurs car ils vont determiner l'emplacement des differents organes et membres de l'organisme. Seulement les mecanismes qui font que leur expression depende de leur position sur le chromosome demeure inconnu... on pourrait imaginer un phenomene de gradient pour un facteur soluble...

J'espere que ca t'aidera

Yoyo

[coco]

Je suis ravie!!! Merci !
1- je croyais que les pattes à la place des antennes... étaient simplement dues à des mutations sur ces gènes, et non à des transfets de gènes d'un point à un autre du chromosome... ops:
2- J'ai mieux compris l'influence d'un nombre croissant de gènes homéotiques sur les différentes parties du corps... le schéma est très clair!
3-Quant au reste, j'ai la facheuse habitude de vouloir tout simplifier, et là le travail est immense!

[Yoyo]

Je suis ravie!!! Merci !
1- je croyais que les pattes à la place des antennes... étaient simplement dues à des mutations sur ces gènes, et non à des transfets de gènes d'un point à un autre du chromosome... ops:

En effet tu as raison, c'est moi qui est faire une erreur ops: ops: ops:
La mutation antennapedia, qui provoque l'apparition d'une patte a l'extremites des antennes est liee a une seule mutation ponctuelle provoquant une substition d'une cystéine par une sérine.
La region de la proteine affectee est sont homeodomaine, qui permet d'activer specifiquement certains genes. En mutant ce domaine on obtient un changement de specifite de l'homeoproteine.
Encore desole pour l'erreur... Bon ceci etant dit le fait que l'organisation des genes le long du chromosome dicte leur ordre d'expression a bien ete demontre (mais pas par les experiences que j'ai citees!)... j'essayerai de trouver quelles ont ete les experiences qui l'ont prouve.

2- J'ai mieux compris l'influence d'un nombre croissant de gènes homéotiques sur les différentes parties du corps... le schéma est très clair!
3-Quant au reste, j'ai la facheuse habitude de vouloir tout simplifier, et là le travail est immense!

Oui en effet, le developpement est undomaine tellement complexe que la simplification est difficile.

Yoyo

[coco]

Y a pas de mal...
Ah, je trouve ça intéressant...Comment une mutation ponctuelle sur un gène homéotique arrive à modifier son domaine d'expression... c'est ce que je n'arrivais pas à comprendre... alors que cette expression à tel ou tel endroit du corps est semble-t-il liée à la place de ce gène sur le chromosome... La protéine résultant de l'expression de ce nouveau gène, n'activerais pas les mêmes gènes.... hummm... elle activerait les "gènes de la patte"???
Bouh, ça devient trop compliqué pour moi!!!

[Yoyo]

Bon je cherche toujours pour les experiences, pour ce qui est de comprendre l'effet de la mutation antennapedia.
Tu trouveras sur ce site un dessin de l'effet de la mutation (en plus le site devrais t'interesser je pense ). Non seulement la subsitution affecte la strucutre locale du domaine, mais une autre consequence possible est un changement important de la structure de la proteine. En effet les cysteine sont impliquées dans la creation de ponts di-sulfures, qui jouent un role determinant dans la structure 3D d'une proteine. or les serines ne peuvent pas creer de tels ponts. Donc faudrait aussi determiner si cette cysteine est impliquee dans un pont disulfure.

Bon pour ce qui est de ton autre question, je vais essayer de te faire un schema explicatif.

tete
-----
segment1
Homeo1----->active les genes A B C D---> Antennes
Homeo2(inactif)
Homeo3(inactif)
-----
segment2
Homeo1(inactif)
Homeo2(inactif)
Homeo3-------> active les genes E S D G---> pattes
-----
queue

Ca c'est le cas "normal". Maintenant imagine une mutation dans le gene Homeo 1 qui modifie son homeoboite de maniere a lui faire reconnaitre les sequences des genes ESDG au lieu des genes ABCD. Ce qui va donner:

tete
-----
segment1
Homeo1 (mutant)---->active les genes E S D G---> pattes (à la place des antennes)
Homeo2(inactif)
Homeo3(inactif)
-----
segment2
Homeo1(inactif)
Homeo2(inactif)
Homeo3-------> active les genes E S D G---> pattes
-----
queue

voila j'espere que tu comprendras mieux comment on obtient des pattes a la place des antennes en changeant juste un gene.

Yoyo

[coco]

Ok! le schéma est très clair et il m'est utile... Merci!

Pour ce qui est de la mutation, merci aussi pour le site ops: ops:

Et pour ne pas perdre le "fil"....
1-Cela ne doit pas te faire perdre du temps... de chercher l'existence d'une expérience, montrant comment le changement de place d'un gène homéotique peut modifier l'organisation d'un organisme...
2-Je retiens donc que les connaissances sont encore très partielles pour ce qui est de la relation "spatio-temporelle" entre ces génes homéotiques et le développement ...
Mais je trouve ça très troublant que l'on retrouve à 2 niveaux, moléculaire et au niveau de l'organisme, la même relation espace-temps (encore!!! )

[Yoyo]

Bonjour,

Tant mieux si le schema t'a ete utile

Pour la recherche des experiences, je continue car du coup je suis curieux de savoir maintenant

En revanche tu pourrais preciser ce que tu as voulu dire dans ton point 2 ? sur la relation espace-temps.... je suis pas sur d'avoir bien compris ...

Yoyo

[coco]

Alors, mon point 2, je trouve ça "vertigineux" d'ailleurs...
Qu'il y ait sur un chromosome, qui est une molécule, des gènes qui soient disposés dans un ordre... qui correspond à la fois à la mise en place d'organes dans l'espace, mais aussi dans le temps...
Comme si, l'information génétique n'était pas seulement moléculaire, mais aussi spatio-temporelle... Hummm, je ne sais pas si je me fais bien comprendre et si c'est exact, mais là j'assume...

[Yoyo]

Ah oui ca y est j'ai compris cette fois

Tu as raison c'est assez incroyable une telle organisation... je me demande d'ailleurs si d'autres genes que les genes homeotiques presentent le meme genre d'organisation... en dehors des genes pax (qui definissent l'axe dorso ventral) et qui presentent la meme aprticularite que les genes hox...

Yoyo

[coco]

Alors, on peut penser que ces gènes se sont formés par duplication, et qu'ils sont restés côte à côte...
-Mais quand il n'y en avait qu'un??? Connaît-on d'ailleurs des organismes qui n'en ont qu'un ou deux gènes du développement???
-Et seuls les gènes du développement semblent présenter cette "spécificité"... comme si, pour organiser... il fallait déjà être organisé...
Bon, allez, il y a du travail en génétique....

[Yoyo]

En effet l'hypothese d'une duplication est la plus probable pour expliquer ces organisations, maintenant je n'ai rien vu concernant des organismes qui ne possederaient qu'un ou deux genes. Je dirais meme que c'est assez peu probable vu le schema evolutif des genes hox par exemple (voir dessin ci-dessous), ou l'on admet deja de nombreux genes chez l'ancetre commun!

legende:
Schéma évolutif des gènes homéotiques Hox et Hom-C à partir d'un ancètre commun hypothètique. Des duplications de gènes du complexe ancestral auraient évolué pour donner soit le complexe Hom-C à l'origine des arthropodes (drosophile), soit le complexe Hox chez un ancêtre des vertébrés proche du chordé actuel Amphioxus. Au cours de l'évolution, deux duplications chromosomiques auraient ainsi créé les complexes que l'on connaît chez les vertébrés actuels (souris)

La genetique nous reserve encore probablement de belles decouvertes et heureusement

Yoyo

[coco]

L'ancêtre commun hypothétique, à la souris et à la drosophile était ... organisé...
Qu'en est-il alors des protozoaires, ou même des levures... y a-t-il de tels gènes???
Un chromosome qui n'a pas de début et de fin, c'est bien le chromosome bactérien... pas d'organisation dans l'espace et dans le temps chez les bactéries... juste une reproduction asexuée par mitose...
Bon, on ne va pas refaire l'évolution avec les gènes homéotiques tout de même...