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10 découvertes 2016

[4] Les huit doigts de la main

Génétique
Par Joël Leblanc - 02/01/2017
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Dans nos gènes se cachent les archives de notre évolution. On a découvert comment le nombre de doigts de nos lointains ancêtres a été fixé à cinq par main.

Il y a un an, lorsque Marie Kmita a donné naissance à sa fille, elle a compté les doigts et les orteils de la petite, comme le font tous les parents. Mais contrairement à tous les parents, elle sait que si son bébé est bien né avec cinq doigts par main, c’est parce qu’un gène baptisé « Hoxa11 » ne s’est pas exprimé à l’extrémité de ses menottes.

« Si ce gène était actif au bout des mains, nous aurions six, sept ou même huit doigts, précise la chercheuse de l’Institut de recherches cliniques de Montréal (IRCM). C’est ce qui est arrivé à nos souris : on a réussi à faire s’exprimer ce gène jusqu’au bout de leurs membres. » Une expérience pas banale qui a permis à la biologiste et son équipe de comprendre un moment clé de l’évolution.

Il faut remonter au Dévonien, il y a quelque 380 millions d’années, quand il n’y avait encore aucun vertébré terrestre. Les seuls animaux pourvus d’un squelette étaient les poissons, parmi lesquels barbotaient les ancêtres des premiers vertébrés terrestres – les tétrapodes, dotés de quatre pattes –, qui sont apparus au cours des 10 à 15 millions d’années qui ont suivi. Les premières espèces connues, retrouvées sous forme fossile, ont des allures de grosses salamandres. Fait étonnant, leur nombre de doigts varie beaucoup. Chez l’Ichthyostega et l’Acanthostega, trouvés au Groenland, on compte respectivement sept et huit doigts par membre, et le Tulerpeton, de Russie, en avait six.

À partir du Carbonifère, la période suivante, les fossiles montrent uniquement des tétrapodes à cinq doigts. « C’est ce qu’on appelle la pentadactylie qu’on retrouve chez tous les tétrapodes modernes, confirme Marie Kmita, qui est aussi affiliée à l’Université McGill et à l'Université de Montréal. Les seules exceptions sont des nombres inférieurs à cinq, comme chez les grenouilles qui ont quatre doigts ou les chevaux qui n’en ont qu’un. Mais on n’a plus revu d’animal à plus de cinq doigts. »

Que s’est-il passé ? Pour le savoir, Marie Kmita s’est s’intéressée aux gènes « Hox ». Très importants dans le développement, ils déterminent quelles structures se mettent en place à quel moment. Comme des chefs d’orchestre, ils contrôlent l’expression de plusieurs autres gènes. « Chez les mammifères, ils sont au nombre de 39, précise la spécialiste du développement. Certains mettent en place l’axe tête-queue, d’autres les segments de la colonne vertébrale, d’autres encore les membres. »

Chaque gène Hox est affublé d’une lettre et d’un chiffre : Hoxa1, Hoxb5, etc. « Nous savions que le gène Hoxa13 agit tout au bout des membres et qu’il est nécessaire à la formation des doigts. Nous avons découvert que le gène Hoxa11, qui s’exprime plus haut, dans l’avant-bras, s’éteint à l’extrémité du membre. Il possède un interrupteur qui est mis en position fermée dans cette région par le gène Hoxa13. Or, chez les poissons, cet interrupteur n’existe pas et les deux gènes sont actifs au bout du membre. »

Marie Kmita et son étudiant Yacine Kherdjemil ont tenté d’induire l’état « poisson » chez des souris. Après quelques années d’essais, ils ont réussi à désactiver l’interrupteur et à laisser le gène Hoxa11 s’exprimer dans les doigts, malgré la présence du Hoxa13. Avec le résultat qu’on connaît et qui leur a valu la couverture de la revue Nature en novembre dernier : des souris qui, comme leurs ancêtres du Dévonien, ont plus de cinq doigts par patte.

« Les tout premiers tétrapodes n’avaient pas cet interrupteur, continue la chercheuse. C’est pourquoi ils avaient autant de doigts. Mais l’évolution a favorisé les individus avec cinq doigts. »

Pourquoi ? L’histoire ne le dit pas. Mais en rembobinant le film de l’évolution, l’équipe de l’IRCM cherche surtout à comprendre la génétique du développement et l’origine des anomalies congénitales. Pour rassurer tous les parents qui comptent les doigts des nouveau-nés.
 
Ont aussi participé à la découverte : Rushikesh Sheth, Annie Dumouchel et Gemma de Martino (IRCM), Robert L. Lalonde et Marie-Andrée Akimenko (Université d’Ottawa) et des chercheurs de l’université du Michigan et du Shriners Hospital for Children de Portland.


 

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