CHAPITRE II La régression caudale de Ciona intestinalis
I. LE RÔLE DES GÈNES HOX DANS LE DÉVELOPPEMENT
I.1. b Les rôles des Ci-hox dans l’embryogenèse et la métamorphose
Le profil d'expression des gènes Ci-hox a été caractérisé à différents stades de développement (du stade ETB au stade larve nageante pour la plupart) grâce à des hybridations in situ réalisées par Ikuta et al., 2004. La carte d'expression a ensuite pu être établie à partir de ces profils, et montre une colinéarité avec des territoires d'expression spécifiques et des gradients le long de l'axe A-P (Figure 57). Des expériences de perte de fonction par des approches utilisant soit le TALEN soit des morpholinos ont été effectuées pour identifier leurs fonctions (Kawai et al., 2015, Ikuta et al., 2010).
Figure 57: Colinéarité dans l'expression des gènes Hox chez la larve de Ciona intestinalis au cours du développement. A, système nerveux (tube neural). B, tube digestif. as, siphon exhalent (atrial siphon); es, œsophage (esophagus); est, endostyle (endostyle); gi, branchies (gills); ht, cœur (heart); int, intestin (intestine); nc, tube neural (nerve cord); nk, cou (neck); nx, complexe neural (neural complex); os, siphon inhalant (oral siphon); st, estomac (stomach); sv, vésicule sensorielle (sensory vesicle); vg, ganglion viscéral (visceral ganglion).
Ci-hox1 est exprimé au niveau de l'épiderme et du système nerveux central (CNS – Central Nervous System), au niveau du tronc et de la partie antérieure de la queue depuis le stade ETB jusqu’au stade larve nageante (Figure 58). La perte de fonction de Ci-hox1 n'a aucun effet visible pendant l’embryogenèse chez les larves. Par contre, Ci-hox1 est nécessaire pour la formation du tube digestif chez le juvénile (Ikuta et al., 2004, 2010).
Ci-hox2 est exprimé dans la larve nageante au niveau du tronc (Figure 58). La perte de fonction ne provoque aucun phénotype (Ikuta et al., 2004, 2010).
Ci-hox3 est présent au niveau de l'épiderme antérieur de la queue, chez la larve LTB puis nageante (Figure 58). Pour ce gène, la perte de fonction n'a pas non plus d'effet (Ikuta et al., 2004, 2010).
Ci-hox4 est localisé dans le tronc, uniquement dans la larve en cours de développement du stade neurula au stade LTB (Figure 58). Aucun problème n'a été détecté après une perte de fonction (Ikuta et al., 2004, 2010).
Ci-hox5 est exprimé au niveau du CNS dans la partie antérieure de la queue du stade ETB à la larve nageante (Figure 58). Comme pour les Ci-hox précédants, les pertes de fonction ne semblent pas avoir d'effet sur le développement (Ikuta et al., 2004, 2010).
Ci-hox6 n'est pas exprimé d'après l’absence de marquage par hybridation in situ, du stade neurula au stade juvénile (Ikuta et al., 2004).
Ci-hox10 montre une expression dans la larve MTB, au niveau du CNS antérieur et de l'endoderme caudal (endodermal strand) (Figure 58). L'expression s'étend dans tout l’endoderme caudal au cours du développement, et est toujours présente dans la larve nageante (Ikuta et al., 2004). Ce gène est nécessaire pour le développement des neurones GABAergic du ganglion viscéral dorsal (Ikuta et al., 2010). Il intervient également dans la migration de l'endoderme caudal, puisqu'une perte de fonction bloque cette migration. En effet il semblerait que Ci-hox10 provoque un réarrangement de la structure de la matrice extra-cellulaire en régulant l'expression du gène du collagène IX, permettant la migration de l'endoderme (Kawai et al., 2015).
Ci-hox12 est le seul gène Ci-hox exprimé à l'extrémité postérieure de l'animal, depuis le stade neurula jusqu’au stade LTB (Figure 58). Avant l’éclosion, Ci-hox12 est présent au bout de la queue au niveau de l'épiderme. Chez le juvénile, une expression est mise en évidence au niveau du tube digestif. Ci-hox12 contrôle l'élongation de la queue et le développement des cellules épidermiques postérieures (Ikuta et al., 2010). La perte de fonction par Morpholino provoque un raccourcissement de la queue des embryons, dont l'extrémité est anormalement arrondie et non pas pointue (rounded- ended tail). Ces travaux mettent aussi en évidence que les cellules épidermiques postérieures sont de forme cuboïdes et non pas allongée (columnar) (Ikuta et al., 2010). De plus, le tube nerveux est plus court, et n’atteint pas l'extrémité postérieure de la queue du têtard en développement. Par ailleurs, Ci-wnt5 et Ci-fgf8/17/18, qui sont exprimés en condition normale à l’extrémité postérieure de la queue, voient leurs expressions réduites chez les embryons injectés avec un Morpholino dirigé contre Ci-hox12, suggérant que Ci-hox12 participe à la formation de la queue en contrôlant ces gènes cibles Ikuta et al., 2010. Ce rôle est confirmé par le fait que la co-injection du Morpholino et d'ARNs synthétiques Ci-hox12 donne un têtard normal. Grâce à des expériences d'inhibition de la voie FGF, les auteurs montrent que Ci-fgf8/17/18 contrôle l'élongation de la queue et Ci-wnt5 la forme des cellules épidermiques. Ci-hox12 semble donc avoir une fonction fondamentale dans le développement de la partie postérieure de la queue de la larve au cours du développement (Kawai et al., 2015).
Figure 58: Profils d'expression des gènes Ci-hox chez Ciona intestinalis au cours du développement et chez le juvénile
obtenus par hybridation in situ. Les profils ont été observés de l’œuf à la larve nageante. Seuls les stades et les gènes pour lesquels un signal est détecté sont présentés (raison pour laquelle Ci-hox6 a été supprimé). Barre d’échelle : 100µm. Stade: N, neurula; eTB, mTB et lTB correspondent aux stade de Hotta et al., 2007 ; Lv, larva; Jv, juvenile. Modifiée d'après Ikuta et al., 2004.
L'expression globale de ces gènes (Figure 57-58) montre une colinéarité, avec des gènes antérieurs et d'autres postérieurs, et des territoires d'expressions spécifiques qui peuvent se recouper. Le gène postérieur Ci-hox12 est fondamental dans le développement de l'extrémité postérieur de la queue, qui de façon intéressante est le point de départ de la vague apoptotique polarisée. Ce gène est donc un bon candidat pour développer une approche permettant d'impacter sur le déroulement de la régression caudale au travers de la vague d'apoptose polarisée.