Comment la nature fabrique les doigts

Le rôle de quatre gènes architectes, responsables de la formation des membres, a été décrypté.

La découverte est d'importance: elle a fait la une du prestigieux magazine scientifique Nature (14.11.2002). Une équipe franco-suisse basée à Genève a décrit le mécanisme génétique qui sous-tend la formation des doigts. Au cours du développement embryonnaire, quatre gènes sont exprimés spécifiquement au bout des membres. Le fonctionnement de ces gènes dans la genèse de la main et le mécanisme qui régule leur activité ont été décryptés par les chercheurs. Un travail qui s'inscrit dans une discipline nouvelle de la biologie, l'"évolution du développement".

La nature fait parfois de jolis clins d'oeil. Elle a par exemple laissé une carte "topographique" des membres sur le chromosome numéro deux: les gènes "architectes" nécessaires à la construction des bras (et des jambes) sont alignés sur la molécule d'ADN selon le même ordre que les structures qu'ils vont construire. D'abord les gènes du bras, puis ceux de l'avant-bras, et enfin ceux de la main. Dix gènes au total, dix gènes seulement, qui sont à l'origine de cascades de régulations complexes pendant l'embryogenèse, aboutissant finalement à la formation du membre. Le professeur Denis Duboule, de l'université de Genève, a fait cette découverte voilà quinze ans, et continue à travailler sur le sujet, afin d'élucider complètement le mécanisme. Il collabore en particulier avec des chercheurs français, Marie Kmita et Yann Hérault.

Les travaux publiés récemment dans Nature apportent des informations nouvelles sur les quatre gènes à l'origine de la formation de la main. Sur ceux-ci, les chercheurs ont effectué diverses manipulations, pour observer l'effet produit sur l'anatomie. Le but: déduire aussi précisément que possible la fonction de chaque gène, et comprendre leur mode de régulation. L'équipe a ainsi découvert qu'aucun des quatre gènes n'a de fonction irréversiblement définie: la présence d'une copie supplémentaire d'un gène, ou son absence, n'a pas toujours un effet "monstrueux" sur la morphologie de la main. "C'est un pavé de plus dans la mare, l'occasion de rappeler que l'époque où l'on croyait qu'un gène précis correspond à une fonction précise est depuis longtemps révolue", souligne le professeur Duboule.

Et de fait, ce sont certains déplacements "géographiques" des gènes sur le chromosome qui conduisent aux aberrations anatomiques les plus importantes. En réalité, l'équipe a réussi à prouver que les quatre gènes "architectes" de la main sont sous le contrôle d'un unique "amplificateur": "Il s'agit d'un petit fragment de chromosome situé en amont des gènes. Plus un gène est proche de cet amplificateur, et plus il sera actif." Cela explique que des altérations morphologiques importantes accompagnent les modifications de la distance entre les gènes et l'amplificateur.

Reste à comprendre comment, alors que le même ADN est présent dans toutes les cellules du corps, l'activation de ces gènes spécifiques se fait précisément au niveau de l'extrémité du membre.

De la nageoire à la patte

La quête de ses origines est pour l'homme un grand sujet de préoccupation. A défaut de pouvoir mettre tout le monde d'accord sur l'action d'un possible Créateur, les scientifiques essaient de comprendre comment les premiers organismes vivants sur Terre ont pu évoluer jusqu'à l'homme. L'histoire de l'évolution s'écrit à travers les modifications du développement embryonnaire. Aux premiers stades du développement, il existe des ressemblances frappantes entre les embryons des différentes espèces. Au cours des stades ultérieurs, le développement devient caractéristique de l'espèce. Les travaux de Marie Kmita et Denis Duboule s'inscrivent dans cette perspective: comprendre l'évolution du développement à travers les âges. En effet, il est fortement probable (en biologie de l'évolution, on ne raisonne qu'en termes de probabilités) que le passage d'une nageoire de poisson à une patte d'amphibien soit le fait de l'apparition de l'"amplificateur génétique" décrit dans leur publication. Ce petit fragment d'ADN permet l'expression, au bout de la nageoire, de gènes originellement exprimés spécifiquement dans le tronc. Cette activation a généré un "monstre" un poisson avec une "main" au bout de la nageoire. L'amphibien était né. Autrement dit, l'équipe franco-suisse semble bien avoir en partie expliqué comment le vivant est sorti des océans.

Nicolas Frank, Le Figaro, 2002