Gènes homéotiques et apoptose, d’architecte à sculpteur Hox genes control segmentation through localised apoptosis

Responsables de la définition du plan du corps chez tous les métazoaires, les gènes Hox continuent d’exercer une formidable fascination tant par leur fonction d’architectes du développement que par leur rôle probablement moteur dans le changement des formes au cours de l’évolution [1] ((→) m/s 2000, n° 2, p. 205 et 2001, n° 1, p. 54). En 1975, Garcia-Bellido [2] émit l’hypothèse, fondée uniquement sur des travaux de génétique formelle chez la drosophile, que les protéines Hox agissaient au sein d’un réseau hiérarchisé, en réponse à des gènes « activateurs » et en amont de gènes « réalisateurs », lesquels engageaient les cellules à se différencier et définissaient ainsi les traits propres à chaque unité métamérique ((→) m/s 2000, n° 2, p. 205 et 2001, n° 1, p. 54). L’hypothèse a été largement validée par une somme de données moléculaires, notamment par la démonstration que les protéines Hox sont des facteurs de transcription et par l’identification d’environ quarante gènes cibles [3]. Cependant, si quelques cibles codent pour des fonctions cellulaires de base, aucune ne correspond vraiment à une fonction qui engage directement la cellule dans une voie de différenciation. D’où l’idée que les décisions de différenciation cellulaire étaient prises plus tard dans le développement, à l’issue d’une cascade d’événements se poursuivant en aval des protéines Hox. Une publication récente de Lohman et al, qui met en relation contrôle homéotique et mort cellulaire par apoptose, éclaire cette question d’une lumière nouvelle [4]. Dans chaque espèce, le processus apoptotique se déroule suivant un profil strictement invariant au cours du développement, ce qui permet d’éliminer les cellules produites en excès ou devenues obsolètes, de créer des discontinuités et de sculpter ainsi la forme des tissus et des organes [5]. Si les mécanismes moléculaires ou cellulaires qui provoquent l’apoptose sont largement décryptés [6], l’établissement du programme apoptotique au cours du développement reste très mal connu. En recherchant des cibles des protéines Hox essentielles à la morphogenèse, Lohman et al. ont découvert qu’une petite déficience éliminant un module de quatre gènes codant pour des protéines pro-apoptotiques provoquait des phénotypes embryonnaires proches des phénotypes associés à la mutation amorphe de Deformed (Dfd), un gène Hox responsable de la spécification de segments de tête chez la drosophile. Poussant leurs analyses, ces auteurs ont démontré d’une part que reaper (rpr), le gène du module apoptotique dont l’expression varie au cours du développement, est une cible transcriptionnelle directe de Dfd, d’autre part, que Dfd, tout comme rpr, est essentiel au maintien de la frontière qui sépare les segments maxillaire et mandibulaire. La découverte est importante, à plus d’un titre. Du point de vue de l’apoptose, c’est la première démonstration que le phénomène de mort cellulaire programmée est directement orchestré par un gène architecte du développement. Du point de vue des gènes homéotiques, c’est la première fois qu’un rôle dans le contrôle de la segmentation leur est assigné. Dfd n’active rpr que dans quelques cellules de la partie antérieure, celles-là même qui constituent une frontière intersegmentaire apparue plus tôt dans le développement, et dont la mort sculpte le sillon morphologique qui séparera les lobes maxillaire et mandibulaire. Les fonctions de Dfd et de rpr sont essentielles au mécanisme puisque, dans des embryons mutants pour l’un ou l’autre de ces gènes, la frontière intersegmentaire apparaît précocement mais n’est pas maintenue et le sillon ne se forme pas. Un mécanisme similaire a lieu dans la partie postérieure de l’embryon, dont l’identité est déterminée par la protéine homéotique AbdominalB (AbdB): l’induction localisée de rpr par AbdB provoque l’apoptose des cellules dont …