Quelle est la portée des résultats obtenus au cours de cette recherche?
Les cellules du corps humain contiennent toutes la même information génétique. Cependant, il est connu, que toutes ces cellules ne sont pas pareilles, une cellule nerveuse par exemple diffère énormément d'une cellule du sang ou d'une cellule musculaire. Cette différence s'explique par la capacité qu'ont ces cellules d'activer des 'programmes' génétiques différents, en favorisant ou réprimant certains gènes au cours des différents stades du développement embryonnaire et au cours de la vie adulte. Pour expliquer ce phénomène, les scientifiques parlent d'une capacité des cellules à exprimer différents gènes.
La recherche menée dans notre laboratoire, a permis, pour la première fois, de mettre en évidence le profil d'expression des gènes du chromosome 21. En d'autre termes, il existe désormais un 'catalogue' des gènes du chromosome 21, ces gènes pouvant être actifs ou passifs dans différents tissus et à différents stade de développement embryonnaire. Le résultat final équivaut à la mise en place d'un 'atlas anatomique', qui permet de comprendre où (= dans quel tissu) et quand (= à quel stade de développement) les gènes du chromosome 21 sont exprimés.
Pourquoi avons-nous besoin d'établir un 'atlas' de l'expression des gènes?
Le fait de savoir qu'un gène est actif/ exprimé, à un certain stade du développement embryonnaire, dans un tissu ou un organe spécifique peut suggérer un rôle important de ce gène dans la régulation du développement ou pour une fonction spécifique dans ce tissu ou organe. Il est de même pour les cas pathologiques: si un gène est exprimé de façon différente dans une cellule 'pathologique' et une cellule saine, alors il est possible que ce gène soit impliqué d'une façon ou d'une autre dans l'éruption de la maladie.
Notre étude accumule différentes informations suggérant un rôle important des gènes du chromosome 21 dans le développement correct de divers organes.
Quelle est la raison pour laquelle le chromosome 21 en particulier a été étudié?
Les êtres humains ont 23 paires de chromosomes numérotés du plus grand au plus petit. Ainsi, le chromosome 21 est un des plus petits des chromosomes - il contient environ 200 gènes.
Malgré sa petite taille , l'étude de ce chromosome est de grande importance dans la recherche sur le syndrome de Down et dans un nombre considérable d'autres maladies génétiques. En effet, dans le cas du syndrome de Down, une copie supplémentaire du chromosome 21 est présente (3 chromosomes 21 sont présents au lieu de 2, cas normal). D'autre part, sur un nombre total de 200 gènes, 30 au moins sont impliqués dans différentes maladies génétiques telles que: myopathie, anémie, maladies des plaquettes, sclérose, problème du rythme cardiaque, une forme particulière d'épilepsie, au moins deux formes de surdité et deux types de cataracte. De plus, le gène APP, qui est localisé sur le chromosome 21, est impliqué dans la maladie d'Alzheimer.
Quelle est la différence entre l'atlas d'expression des gènes du chromosome 21 et le projet du Génome Humain publié l'année passée?
La carte du Génome Humain est une séquence de toutes les 'lettres' de l'ADN qui composent le génome. Les chercheurs s'en servent pour déterminer l'identité et le nombre de gènes qu'un chromosome donné contient, et le genre de protéines qu'ils peuvent produire. La carte du Génome ne peut par contre donner aucune indication quant à l'activation ou l'inactivation des gènes dans les différents tissus, au cours des différentes stades de développement et dans le cas de situations pathologiques. Ce genre d'informations ne peut être obtenu que par des cartes d'expression: grâce à ces cartes, nous pouvons savoir quels gènes sont importants pour la formation d'un tissu ou organe particulier. Alors que les cartes génomiques se concentrent sur l'analyse de l'ADN, les études d'expression se concentrent eux sur l'ARN. L'ARN est une molécule similaire à l'ADN qui est produite par les gènes actifs uniquement. Chaque gène activé produit son propre ARN, dès lors il est possible de déterminer si un gène est actif (=exprimé) ou inactif (=non exprimé) par la présence ou l'absence de son ARN. De plus, la quantité d'ARN présent est liée au degré d'expression du gène correspondant.
Est-il possible d'avoir un exemple concret de ces expériences?
Les images suivantes, issues de l'étude publiée dans Nature, montrent quelques exemples de l'atlas d'expression.
Fig1. La masse violette situé au centre de l'image (obtenue par microscope photonique) correspond au coeur d'un rongeur au cours du développement embryonnaire. La coloration violette représente l'expression du gène du chromosome 21, SH3bgr. Pour obtenir la coloration, ce gène a dû être 'marqué'. Dans ce cas précis, l'image montre très clairement que le gène est actif dans le coeur mais totalement inactif dans les tissus adjacents. A partir de cette expérience, on peut conclure que ce gène joue probablement un rôle dans le développement du coeur.
aorta atria ventricles
Fig2. Cette image représente le même coeur (la masse sombre s'étend sur presque toute l'image) à une plus haute résolution. De cette façon il est possible de voir que le gène est exprimé dans les ventricules et dans l'atrium, mais pas dans l'aorte.
Qu'est-ce que le syndrome de Down?
Le syndrome de Down est la plus fréquente cause génétique de retard mental, affectant 1 enfant sur 700. Cette maladie est aussi connu sous le nom de 'trisomie 21' puisqu'elle est due à la présence de 3 chromosomes 21 au lieu de 2 copies (cas normal). Les symptômes du syndrome de Down sont complexes et affectent plusieurs organes: les caractéristiques les plus fréquentes sont le retard mental, la petite taille, des membres courts, des défauts cardiaques (présents dans 40% des patients), une plus grande susceptibilité de développer une leucémie et des défauts du système immunitaire. Actuellement, il n'existe pas de moyen de soigner ou de prévenir la maladie. Les traitements disponibles, même si d'importance considérable, ne peuvent traiter que les défauts majeurs, tels que les défauts cardiaques.
Pourquoi cette recherche est-elle importante pour la recherche sur le syndrome de Down et sur d'autres maladies génétiques liées au chromosome 21?
Le syndrome de Down est causé par la présence d'une copie supplémentaire du chromosome 21. En d'autre termes, les individus atteints par le syndrome ont un surnombre de tout les gènes que contient le chromosome 21. Cependant personne ne sait exactement ni lesquels ni combien de ces gènes sont importants dans la manifestation des symptômes du syndrome. Actuellement, il n'y a aucune évidence d'implications de ces gènes pour un ou plusieurs de ces symptômes, ou ne serait-ce que pour le retard mental.
L'atlas d'expression est un instrument important qui permet de lier l'expression de ces gènes avec divers symptômes du syndrome de Down. Il nous donne également des informations sur l'identité et le nombre de gènes qui sont impliqués dans l'origine de la maladie.
Par exemple, l'étude menée a permis de mettre en évidence certains gènes qui sont activés dans des régions particulières du coeur au cours du développement embryonnaire: ces gènes pourraient donc avoir un rôle dans la malformation du coeur identifiée dans certains patients atteint du syndrome. De la même façon, certains gènes actifs lors du développement des membres pourraient être impliqués dans les anomalies des mains et des pieds observées chez les patients. Finalement, un groupe de gènes du chromosome 21 est exprimé au niveau du cerveau, suggérant un rôle possible dans le retard mental.
Comme il a déjà été mentionné, le chromosome 21 contient au moins 30 gènes impliqués dans des maladies héréditaires autres que le syndrome de Down. L'atlas d'expression va permettre d'acquérir de nouvelles évidences sur le rôle de ces gènes, rôle encore en grande partie inconnu.
Est-ce que l'étude menée va permettre le développement de traitements ou de diagnostiques pour le syndrome de Down et d'autres maladies?
Il est nécessaire de préciser que cet étude représente un projet de recherche fondamentale, ceci implique que son but premier n'était pas de développer un traitement/diagnostique pour le syndrome de Down ou pour d'autres maladies. L'étude publiée dans le prestigieux journal scientifique Nature (http://www.nature.com/nature) va nous aider à comprendre quels gènes du chromosome 21 a un rôle-clé dans les origines des différents symptômes caractéristiques du syndrome de Down. L'identification de ces gènes ne signifie malheureusement pas la mise en place, à court terme, d'une thérapie pour la maladie. Une solution définitive pour le syndrome de Down n'est pas encore envisageable. Pendant de longues années les scientifiques sont restés dans le noir, désormais avec les résultats du projet du Génome Humain et avec l'atlas d'expression, les chercheurs se retrouvent avec entre leurs mains un guide qui les aidera à mieux comprendre les bases génétiques du syndrome de Down et des autre maladies liées au chromosome 21.