Bicoïd (gène)

Follicule (chambre ovarienne) chez la Drosophile composé des cellules nourricières dans la partie antérieure (à gauche) une ovocyte dans la partie postérieure (à droite) et entouré de cellules folliculaires.

Chez la drosophile, l'asymétrie de l'ovocyte et la formation de l'axe antéro-postérieur se fait sous le contrôle génétique maternel[1]. Lors l'ovogenèse chez la femelle de type sauvage, une cellule souche de lignée germinale, située au niveau d'un germanium, la partie la plus distale de l'ovariole, subit une division asymétrique afin de donner une autre cellule souche ainsi qu'une cellule nommée cystoblaste (une cellule germinale). Le cystoblaste subit par la suite 4 divisions mitotiques à cytocinèse incomplète, ça veut dire que la division cellulaire se fait sans séparation complète du cytoplasme entre les cellules filles. Ces divisions mitotiques produisent alors 16 cellules filles interconnectées entre-elles via des ponts cytoplasmiques, aussi appelés des « rings canals ». Le tout forme un syncytium nommé cyste germinal. L'une de ces 16 cellules filles se différencie en ovocyte et se positionne dans la partie postérieure et les 15 autres cellules deviennent des cellules nourricières situées dans la partie antérieure. Le rôle de ces cellules nourricières est de fournir des protéines et des ARNm pour l'ovocyte afin d'assurer son développement. La structure ainsi obtenue est entouré par un tissu épithélial formé par des cellules somatiques folliculaires. Le tout se détache par la suite du germanium pour former une chambre ovarienne ou follicule[5].

Le développement précoce de la partie antérieure de l'ovocyte est alors initié par des signaux provenant du follicule et par les interactions entre cet ovocyte et les cellules folliculaires. Le tout commence par le gène Bicoïd qui est localisé au niveau des cellules nourricières où il est activement transcrit en ARNm Bicoïd. Ces ARNm sont relâchés par la suite dans le cytoplasme et acheminés vers l'ovocyte en passant à travers les ponts cytoplasmiques. En premier lieu, ces ARNm s'accumulent dans la partie postérieure de l'ovocyte (durant les stades 4 à 6) et ils sont par la suite repositionner dans la partie antérieure (aux stades 7 à 8) par l'intermédiaire d'une protéine nommée Gurken. Pour ce faire, l'ovocyte traduit le gène à effet maternel Gurken en ARNm au sein de son noyau. Celui-ci est ensuite relâché dans le cytoplasme à proximité de la partie postérieure de l'ovocyte et est traduit en protéine Gurken. Cette protéine agit sur les cellules folliculaires postérieures en se liant à leur récepteur Torpedo. À la suite de ce signal reçu de la part du ligand Gurken, les cellules folliculaires postérieures émettent à leur tour un signal, encore méconnu de nos jours, qui provoque une réorganisation du cytosquelette au niveau de l'ovocyte. Ainsi, les microtubules vont se réorientés de telle sorte que leur extrémité négative (-) va se diriger vers la partie antérieure de l'ovocyte et l'extrémité positive (+), quant à elle, s'oriente vers la partie postérieure[5]. Un autre produit d'un autre gène à effet maternel qu'est la protéine Staufen (stau) entre en jeu pour acheminer l’ARNm Bicoïd à sa destination finale[6]. En effet, cette protéine (stau) reconnaît une région non spécifique et non traduite 3'UTR de l'ARNm Bicoïd et s'y associe. Le complexe ainsi formé se lie au moteur protéique dynéine et le tout se déplace sur les microtubules vers leurs extrémités négatives (-), c'est-à-dire vers la partie antérieure de l'ovocyte[5] - [6]. Finalement, l'ARNm Bicoïd est ancré antérieurement au cortex cellulaire afin d'empêcher sa diffusion le long de l'ovocyte grâce à deux gènes à effet maternel, à savoir Exuperantia et Swallow[7] - [8]. L'ARNm Bicoïd demeure alors dormant jusqu'à la fécondation. (La protéine Bicoïd n'est pas détectable au niveau de l’ovocyte non fécondée).

 La fécondation de l'ovocyte par les spermatozoïdes, stockés au niveau du spermathèque, déclenche l'activation de la traduction de l'ARNm Bicoïd en protéine (Bcd). Ce processus est d'abord initié par une polyadénylation cytoplasmique de l'extrémité 3' de l'ARNm, c'est-à-dire l'ajout d'une queue Poly-A composée d'une séquence d'approximativement 140 ribonucléotides Adénosine (A) à cet endroit-ci. Cette réaction est catalysée par une polymérase poly-A et se fait sous le contrôle de deux gènes, à savoir Cortex et Grauzone qui déterminent la longueur de la queue poly-(A)[9]. Les ARNm ainsi traduits produisent des protéines Bicoïd qui diffusent le long de l'axe antéro-postérieur de l'ovocyte fécondée en formant un gradient de concentration, avec une forte concentration de la protéine (bcd) dans la partie antérieure et une faible concentration dans la région postérieure. Cette protéine induit la différenciation des cellules, le long de l'axe A/P, dépendamment de sa concentration. Ça veut dire que différentes concentrations de (bcd) vont susciter différentes réponses chez les cellules. Ceci leur fournit alors une information de position et cause, par conséquent, la spécification des différentes régions de l'ovule, on parle alors d'un morphogène[10]. La protéine Bicoïd est aussi impliquée dans la régulation de l'activité des différents gène du développement, c'est donc aussi une homéoprotéine.

Absence de la tête chez la larve mutante pour le gène Bicoïd.

Chez la drosophile, le nom donné aux gènes correspond dans la majorité des cas à leurs phénotypes mutants[5]. Les embryons produits par une femelle ayant une mutation homozygote (une mutation au niveau des deux allèles du gène) du gène Bicoïd sont dépourvus des structures antérieures, c’est-à-dire qu’ils ne possèdent ni tête ni thorax. Ces structures dans ce cas-ci sont remplacés par des structures abdominales ce qui fait que l’embryon aura deux extrémités postérieurs, d’où le nom du gène Bicoïd qui signifie «deux extrémités» en grec[13] - [5].

Une mutation au niveau des gènes Exuperantia et Swallow a des répercussions indirectes sur la mise en place de la partie antérieure chez l'embryon. Ces deux gènes sont en effet responsables de l’ancrage de l’ARNm Bicoïd dans le cortex cellulaire au niveau de la région antérieure de l’ovocyte. Quand ils ne sont plus fonctionnels, l’ARNm Bicoïd va diffuser le long de l’ovule, jusqu’à la partie postérieure. Lors de la fécondation, la protéine (bcd) va être donc synthétisée le long de l’axe A/P et se sera dispersée aléatoirement dans toutes les régions de l'ovocyte. Ceci provoque la perte de du gradient de concentration de la protéine ; Bicoïd ne pourra alors plus agir comme un morphogène. Par conséquent, les gènes dont la transcription ne peut être initiée qu’en présence d’une certaine concentration de Bicoïd ne peuvent plus s’exprimer. C’est le cas notamment des gènes-gap, responsables de la formation de la tête, qui requièrent de très grandes concentrations de Bicoïd pour être transcrits. Cette mutation au niveau des gènes Exuperantia et Swallow va produire des embryons avec des phénotypes mutants dépourvus de la plupart des structures antérieures avec une bouche et un thorax élargis[13].

• Biologie évolutive du développement
• Gènes de la drosophile

• Évolution du patron de développement induit par Bicoïd chez les diptères
• Formation du patron de développement chez l'embryon précoce
• Gène Bicoïd
• Gènes homéotiques
• La mise en place de l'axe antéro-postérieur chez la drosophile