GÈNES HOX: DÉCOUVERTE, CARACTÉRISTIQUES ET ÉVOLUTION - LA BIOLOGIE - 2025

Les gènes Hox sont une grande famille de gènes responsables de la régulation du développement des structures corporelles. Ils ont été trouvés dans tous les métazoaires et dans d'autres lignées, telles que les plantes et les animaux. Par conséquent, ils se caractérisent par leur très grande conservation évolutive.

Ces gènes fonctionnent de la manière suivante: ils codent pour un facteur de transcription - une protéine capable d'interagir avec l'ADN - qui s'exprime dans une zone spécifique de l'individu dès les premiers stades de développement. Cette séquence de liaison à l'ADN est appelée un homeobox.

Source: Antonio Quesada Díaz, via Wikimedia Commons

Avec près de 30 ans de recherche dans ce domaine, les scientifiques ont étudié différentes lignées et ont conclu que les modèles d'expression de ces gènes sont fortement associés à la régionalisation des axes corporels.

Cette évidence suggère que les gènes Hox ont joué un rôle indispensable dans l'évolution des plans corporels des êtres vivants, en particulier à Bilateria. Ainsi, les gènes Hox ont permis d'expliquer la magnifique diversité des formes animales, d'un point de vue moléculaire.

Chez nous, les humains, il existe 39 gènes Hox. Ceux-ci sont regroupés en quatre clusters ou groupes, situés sur différents chromosomes: 7p15, 17q21.2, 12q13 et 2q31.

Découverte

La découverte des gènes Hox a été une étape importante dans la biologie évolutive et développementale. Ces gènes ont été découverts entre les années 70 et 80 grâce à l'observation de deux mutations clés chez la drosophile, Drosophila melanogaster.

L'une des mutations, antennapédia, transforme les antennes en pattes, tandis que la mutation bithorax provoque la transformation des halteres (structures modifiées, typiques des insectes ailés) en une autre paire d'ailes.

Comme on peut le voir, lorsque les gènes Hox ont des mutations, le résultat est assez dramatique. Et, comme chez la drosophile, le changement conduit à la formation de structures aux mauvais endroits.

Avant la découverte des gènes Hox, la plupart des biologistes croyaient que la diversité morphologique était soutenue par la variété au niveau de l'ADN. Il était logique de supposer que les différences évidentes entre une baleine et un colibri, par exemple, devaient être reflétées en termes génétiques.

Avec l'avènement des gènes Hox, cette réflexion a pris un tournant complet, laissant la place à un nouveau paradigme en biologie: une voie commune de développement génétique qui unifie l'ontogénie des métazoaires.

Que sont les gènes Hox?

Avant de définir le concept de gènes Hox, il est essentiel de savoir ce qu'est un gène et comment il fonctionne. Les gènes sont des séquences d'ADN dont le message est exprimé dans un phénotype.

Le message de l'ADN est écrit en nucléotides, dans certains cas, ceux-ci passent dans un ARN messager et cela est traduit par les ribosomes en une séquence d'acides aminés - les «blocs de construction» structurels des protéines.

Les gènes Hox sont la classe la plus connue de gènes homéotiques, dont la fonction est de contrôler des modèles spécifiques de structures corporelles. Ceux-ci sont chargés de contrôler l'identité des segments le long de l'axe antéropostérieur des animaux.

Ils appartiennent à une seule famille de gènes qui code pour une protéine qui possède une séquence d'acides aminés spécifique capable d'interagir avec la molécule d'ADN.

C'est de là que vient le terme homeobox pour décrire cette section du gène, tandis que dans la protéine, on l'appelle homéodomaine. La séquence homéobox a une séquence de 180 paires de bases et ces domaines sont évolutivement hautement conservés parmi les différents Phyla.

Grâce à cette interaction avec l'ADN, les gènes Hox sont capables de réguler la transcription d'autres gènes.

Terminologie

Les gènes impliqués dans ces fonctions morphologiques sont appelés locus homéotiques. Dans le règne animal, les plus importants sont les loci HOM (chez les invertébrés) et Hox (chez les vertébrés). Cependant, ils sont généralement connus sous le nom de loci Hox.

caractéristiques

Les gènes Hox ont une série de caractéristiques très particulières et intéressantes. Ces aspects clés aident à comprendre son fonctionnement et son rôle potentiel dans la biologie évolutive.

Ces gènes sont organisés en "complexes de gènes", ce qui signifie qu'ils sont proches les uns des autres sur les chromosomes - en termes de localisation spatiale.

La deuxième caractéristique est la corrélation surprenante qui existe entre l'ordre des gènes dans la séquence d'ADN et la localisation antéropostérieure des produits de ces gènes dans l'embryon. Littéralement, les gènes qui «avancent» sont dans cette position.

De même, en plus de la colinéarité spatiale, il existe une corrélation temporelle. Les gènes situés à l'extrémité 3 'se produisent plus tôt dans le développement de l'individu, par rapport à ceux trouvés plus en arrière.

Les gènes Hox appartiennent à une classe appelée ANTP, qui comprend également les gènes ParaHox (liés à ceux-ci), les gènes NK et d'autres.

Évolution des gènes

Aucun gène de la classe ANTP ne provient des métazoaires. Dans le développement évolutif de ce groupe animal, les porifères ont été le premier groupe à se séparer, suivis des cnidaires. Ces deux lignées représentent les deux groupes basaux de bilatéraux.

L'analyse génétique réalisée sur la célèbre éponge Amphimedon queenslandica - sa renommée est due aux gènes du système nerveux - a révélé que ce porifère possède plusieurs gènes de type NK, mais pas de gènes Hox ou ParaHox.

Les gènes Hox en tant que tels n'ont pas été rapportés chez les cnidaires qui répondent aux caractéristiques susmentionnées. Cependant, il existe des gènes de type Hox.

D'autre part, les invertébrés ont un seul groupe de gènes Hox, tandis que les vertébrés en ont plusieurs copies. Ce fait a été crucial et a inspiré le développement de théories sur l'évolution du groupe.

Origine des vertébrés

La vision classique de cet aspect soutient que les quatre groupes de gènes dans le génome humain sont nés grâce à deux cycles de réplication du génome entier. Cependant, le développement de nouvelles technologies de séquençage a jeté le doute sur la théorie.

La nouvelle preuve favorise l'hypothèse liée aux événements à petite échelle (duplication de segments, duplication individuelle de gènes et translocations) qui ont atteint le nombre élevé de gènes Hox que nous observons aujourd'hui dans ce groupe.

Références

1. Acampora, D., D'esposito, M., Faiella, A., Pannese, M., Migliaccio, E., Morelli, F.,… et Boncinelli, E. (1989). La famille des gènes HOX humains. Recherche sur les acides nucléiques, 17 (24), 10385-10402.
2. Ferner, DE (2011). Gènes Hox et ParaHox dans l'évolution, le développement et la génomique. Génomique, protéomique et bioinformatique, 9 (3), 63-4.
3. Hrycaj, SM et Wellik, DM (2016). Gènes Hox et évolution. F1000Research, 5, F1000 Faculty Rev-859.
4. Lappin, TR, Grier, DG, Thompson, A. et Halliday, HL (2006). Gènes HOX: science séduisante, mécanismes mystérieux. The Ulster medical journal, 75 (1), 23-31.
5. Pearson, JC, Lemons, D. et McGinnis, W. (2005). Modulation des fonctions du gène Hox lors de la structuration du corps de l'animal. Nature Reviews Genetics, 6 (12), 893.