Fabriquer des pattes à partir de nageoires
Scénarios de passage de la nageoire d'un poisson à la patte d'un Tétrapode.
1-Disparition des 2 séries d'os les plus antérieures.
2-Disparition des rayons des nageoires et formation de la main.
Squelette du membre antérieur chez la Roussette, un Dipneuste et la Souris. Chez la Roussette la nageoire est fixée à la ceinture scapulaire par 3 os contrairement au Dipneuste et à la Souris. Les os homologues sont repérés par le code de couleur, les rayons des nageoires sont en gris.
Forts de leurs connaissances sur le développement des pattes et des nageoires, les généticiens ont essayé d'imaginer des scénarios de passage de la nageoire d'un poisson à la patte d'un Tétrapode puis ils ont réalisé des expériences pour confirmer leurs hypothèses.
Première étape: de la Roussette au Dipneuste
A droite effet d'une forte activation de SHH chez la Roussette, le témoin est à gauche [5].
On considère que le troisième os fixé sur la ceinture scapulaire de la Roussette est homologue de l’humérus. En provoquant une forte augmentation de l'activation de SHH chez la Roussette on obtient une nageoire avec un seul os à la base comme chez un Dipneuste ou un Cœlacanthe [5].
Deuxième étape: des doigts à la place des rayons.
Effet d'une surexpression du gène Hoxd13 chez le Poisson Danio. 1-repli ectodermique, 2-zone de divisions cellulaires [3].
Chez le poisson Danio [6], on peut inactiver les gènes qui permettent de fabriquer les filaments qui guident les cellules du mésoderme dans le pli de l'ectoderme. Ces gènes n'existent pas chez les Tétrapodes. Les rayons ne se forment pas dans les nageoires paires du Danio et l'extrémité du bourgeon du membre s'épaissit anormalement. L'activité de SHH augmente tandis que celle de GLI3 diminue. L'expression des gènes Hox se rapproche de celle de la main et du pied d'un Tétrapode.
Toujours chez le Poisson Danio [3], si l'on provoque une surexpression du gène Hoxd13 on constate que le pli ectodermique ne se développe quasiment pas et qu'à la place on a une zone de division cellulaire très étendue comme chez un Tétrapode.
Il ne vous a pas échappé qu'il aurait été plus logique de réaliser ces dernières expériences chez un Dipneuste ou un Cœlacanthe qui sont de plus proches parents des Tétrapodes que le Poisson Danio. Les Dipneustes de laboratoire sont encore rares et les Cœlacanthes ne se reproduisent pas en captivité. Chez le Dipneuste Neoceratodus [4] le gène Hoxd13 continue à s'exprimer dans toute la zone où se forme la longue file d'os de la nageoire et ce même après l'apparition du repli ectodermique générateur des rayon. On est ici dans une situation intermédiaire entre la Roussette et le Danio d'une part et un Tétrapode d'autre part. Les gènes activateurs des gènes Hox sont-ils plus nombreux chez Neoceratodus? On ne le sait pas encore. Par contre chez le Cœlacanthe, dont le génome a été totalement séquencé, le nombre de gènes activateurs est intermédiaire entre celui du Danio et celui de la Souris [1].
Peut-être un jour fabriquera-t-on un Dipneuste avec des pieds et des mains en augmentant l'activité des gènes Hoxd et en bloquant le développement des rayons des nageoires.
Le membre des Tétrapodes est apparu à la suite de la modification de l'activité des gènes Sonic hedgehog et Hoxd et de la perte de certains gènes permettant la fabrication des rayons des nageoires.