Une étude identifie un gène responsable d'une perte oculaire chez les poissons des cavernes

Les poissons-cavernes mexicains passent leur vie entière dans l'obscurité. Sans besoin de vision, beaucoup d'entre eux ont perdu les yeux fonctionnels.

Dans plus de 30 variétés de poissons-cavernes mexicains, les yeux cessent de se développer lorsque les embryons se transforment en larves. Bien qu'elles soient toujours la même espèce qu'un poisson vivant à la surface (Astyanax mexicanus), les variétés troglodytiques portent des mutations génétiques que les scientifiques n'ont pas encore entièrement élucidées.

Dans une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'Université du Maryland, les scientifiques ont découvert qu'une mutation du gène de la cystathionine bêta-synthase « a » (cbsa) empêche le flux sanguin vers les yeux des poissons des cavernes pendant une phase critique du développement.

Le manque de sang conduit à des yeux fanés et sous-développés recouverts de peau et de tissu conjonctif dans toutes les variétés aveugles de poissons rupestres mexicains. L'étude a été publiée dans la revue Communications Nature le 2 juin 2020.

« Nous savons que les gènes contrôlant la dégénérescence oculaire sont dispersés dans tout le génome mexicain des poissons des cavernes », a déclaré William Jeffery, professeur de biologie à l'UMD.

« Il peut y avoir 10 à 20 gènes différents impliqués, et c'est la première fois que nous sommes en mesure d'identifier un gène spécifique et de montrer le mécanisme à l'œuvre. »

Le gène cbsa est connu pour être responsable d'une maladie humaine appelée homocystinurie, qui provoque une vision défectueuse et peut entraîner des hémorragies, des accidents vasculaires cérébraux, des crises cardiaques et la mort prématurée.

Comprendre comment les poissons-cavernes aveugles prospèrent avec le cbsa muté peut aider les chercheurs à développer des traitements pour l'homocystinurie à l'avenir.

Des études antérieures menées par l'équipe de Jeffery et d'autres ont identifié plusieurs régions du génome des poissons des cavernes qui étaient susceptibles d'héberger des gènes responsables de la dégénérescence oculaire au cours du développement. Chaque région contient jusqu'à une centaine de gènes. Il n'est pas pratique d'enquêter sur toutes les régions à la fois.

Ainsi, le laboratoire de Jeffery, avec des collaborateurs des National Institutes of Health et de l'Université de Stanford, a vaincu les candidats en sélectionnant la plus petite des régions prometteuses et en recherchant des gènes qui changent l'expression pendant une période critique du développement des poissons-cavernes – la période où l'œil la dégénérescence se produit.

Parmi les quatre gènes candidats qu'ils ont identifiés, le gène cbsa a été muté dans toutes les variétés aveugles vivant en grotte de l'espèce par rapport à la variété de surface vue.

De plus, les chercheurs ont observé des parallèles entre les poissons des cavernes aveugles et les personnes atteintes d'homocystinurie.

Les patients atteints d'homocystinurie éprouvent des problèmes de vision ainsi que de circulation, y compris des caillots sanguins, des hémorragies et des anévrismes.

Pendant des années, Jeffery et son équipe ont remarqué que les larves aveugles de poissons-cavernes ont des anévrismes et des hémorragies dans les vaisseaux sanguins des yeux lorsque les yeux commencent à dégénérer. Les chercheurs soupçonnaient avoir trouvé leur gène cible.

Pour vérifier que les mutations de cbsa étaient impliquées dans la dégénérescence oculaire des poissons-cavernes, les scientifiques ont utilisé l'outil d'édition de gènes CRISPR-Cas9 et une autre méthode pour muter le gène cbsa normal dans les œufs de la variété de surface visible du poisson.

Un grand nombre de ces œufs sont devenus des adultes avec des yeux réduits ou nuls. Ensuite, les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient inverser la dégénérescence oculaire chez les poissons-cavernes en injectant du matériel génétique cbsa normal dans les embryons de poissons-cavernes.

Jeffery et ses collègues croient que les dommages au système vasculaire autour des yeux causés par le cbsa muté affament les yeux en développement d'oxygène et entraînent leur disparition. Mais ils disent qu'il y a encore beaucoup à apprendre sur le processus.

Ce n'est qu'un des multiples gènes responsables de la dégénérescence oculaire, Li Ma, principal professeur spécialisé en biologie et principal auteur de l'étude. Mais maintenant que nous avons trouvé le premier avec succès, nous savons que nous pouvons reproduire cette procédure pour rechercher les autres. « 

Li Ma, auteur principal de l'étude et spécialiste principal de la faculté de biologie

De plus, savoir comment les mutations du cbsa influencent la dégénérescence oculaire chez des poissons par ailleurs en bonne santé peut conduire à une meilleure compréhension de la fonction du gène dans le système vasculaire.

« Les poissons-cavernes mexicains ne survivent pas seulement à l'homocystinurie, ils prospèrent », a déclaré Jeffery. « Une chose que nous pourrions être en mesure de comprendre, c'est comment ces poissons se rétablissent d'hémorragies oculaires, ce qui pourrait fournir un aperçu des traitements de la maladie chez l'homme. »

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