Une nouvelle étude révèle comment les nageoires des poissons sont devenues des doigts

Une équipe de chercheurs de l’Université de Chicago nous montre que les cellules qui fabriquent les rayons des nageoires chez les poissons jouent un rôle central dans la formation des doigts et des orteils de créatures à quatre pattes.

Lors de la transition des vertébrés du milieu marin vers la terre, les organismes ont vu évoluer leurs nageoires en pattes. Mais comment se sont produites ces modifications ? Neil Shubin, biologiste évolutionniste, a notamment passé une grande partie de sa carrière à étudier la manière dont les poissons avaient, un jour, réussi à fouler la Terre, et comment les nageoires avaient évolué en ce que seront plus tard nos bras et nos jambes.

Après trois années d’expériences minutieuses en utilisant de nouvelles techniques de suivi du développement des cellules chez les poissons, Shubin et son équipe de chercheurs décrivent aujourd’hui comment les mains, mais aussi les pattes, les sabots, ou encore les ailes, ont tous divergé à partir des nageoires d’un ancêtre commun aquatique.

« La première fois que j’ai vu ces résultats, vous auriez pu me renverser avec une plume » se rappelle Neil Shubin. «Pendant des années, » explique-t-il, « les scientifiques ont pensé que les rayons des nageoires étaient complètement sans rapport avec les doigts et les orteils, tout à fait dissemblables parce qu’un type d’os est initialement formé sur le cartilage et l’autre est formée dans le tissu conjonctif. Mais nous avons maintenant beaucoup de choses à repenser ».

Pour élucider la façon dont les ailettes s’étaient transformées en poignets et en doigts, les chercheurs ont travaillé avec un modèle de poisson standard : le poisson-zèbre. Pour se faire, ils ont fait appel au CRISPR, une technologie unique et révolutionnaire qui permet aux généticiens et chercheurs de modifier des parties du génome en découpant, en remplaçant ou en ajoutant des parties à la séquence d’ADN.

Nous savions déjà qu’une réduction importante du dosage des gênes appelés HOXA13 et HOXD13  chez la souris réduisait considérablement la croissance de ses membres. Plus vulgairement, brouillez les gênes HOX chez la souris et les pattes ne pourront pas évoluer. Grâce au CRISPR, les chercheurs ont eu l’occasion de manipuler ces gênes pour la première fois chez le poisson.

Tetsuya Nakamura, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Shubin, manipule les embryons de poissons-zèbre depuis 2013. En brouillant les gènes Hox, associés au développement des nageoires, le chercheur s’est vite rendu compte que la croissance de ces rayons des nageoires avait considérablement diminuée, comme les pattes chez la souris. Mais ce n’est pas tout. Après avoir marqué et tracé les mouvements des cellules embryonnaires pendant la croissance de l’animal, les chercheurs ont également remarqué que l’os cartilagineux à la base de la nageoire avait quant à lui augmenté.

Les chercheurs suggèrent alors qu’une population commune de cellules se comporte différemment dans le corps d’un animal quand les environnements diffèrent (ici le passage de l’eau à la terre). En changeant l’activité du gène Hox, les cellules ne migrent pas vers la pointe de l’ailette pour développer les longs rayons de la nageoire trouvés chez le poisson. Au lieu de cela, ces cellules se regroupent à la base de la nageoire pour développer des os plus cartilagineux.

Ainsi, les mêmes cellules qui permettent le développement des nageoires chez les poissons sont essentielles dans le développement des doigts des quadrupèdes. Nos mains et nos pieds ne sont pas des nouveautés évolutives, mais ont évolué en utilisant les mêmes cellules et les mêmes programmes génétiques qui avaient été utilisés pour les nageoires pendant des millions d’années.

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