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La souris génétiquement modifiée (GM)

Suite à la publication de la séquence et de l'analyse d'une souche de souris en décembre 2002ANCHOR, la souris est devenue le principal modèle animal de la plupart des expériences de laboratoire. Le potentiel des souris pour la manipulation génétique signifie aujourd'hui qu'elles sont souvent plus volontiers utilisées que les rats et autres rongeurs à la fois pour les tests de sécurité et la recherche fondamentale.

Les souris génétiquement modifiées (transgéniques et aux gènes inactivés) représentent maintenant des outils précieux dans la plupart des domaines de la recherche médicale. La souris est un excellent modèle pour la maladie humaine, car l'organisation de son ADN et l'expression de ses gènes sont très similaires à celles de l'homme. Ces systèmes reproducteur et nerveux sont identiques à ceux de l'homme et les souris souffrent d'un grand nombre de maladies identiques, notamment le cancer, le diabète et l'anxiété. Manipuler leurs gènes peut les amener à développer d'autres maladies qui ne les affectent pas de façon naturelle. Par conséquent, les recherches sur les souris ont permis de  comprendre à la fois la physiologie humaine et les causes de la maladie.

Avant l'existence de la technologie génétique, les souris étaient reproduites entre elles (consanguinité) afin de produire des souches de laboratoire avec des caractéristiques particulières. Les souches consanguines sont extrêmement similaires sur le plan génétique, les rendant idéales pour étudier les changements dus à la modification génétique.

Les statistiques
Qu'est-ce qu'une souris transgénique?
Créer des souris transgéniques
Exemples de souches transgéniques
Les souris knock-out
L'histoire du gene targeting (ou ciblage génique)
La création de souris knock-out
Exemples de souris knock-out
Références

Les statistiques

La capacité à manipuler les gènes de la souris en a fait l'animal de laboratoire le plus utilisé. Au Royaume-Uni, son utilisation a augmenté ces 10 dernières années avec notamment une hausse de 5 % observée entre 2005 et 2006. La plupart des souris ont été utilisées pour des programmes de reproduction et pour la recherche biologie fondamentaleANCHOR. Les récentes augmentations du nombre de souris utilisées sont le résultat direct du développement de nouvelles technologies qui permettent la manipulation de leurs gènes.

Qu'est-ce qu'une souris transgénique?

Une souris transgénique est une souris dans les chromosomes ont été modifiés afin que ces gènes contiennent de l'ADN étranger. Ces gènes se situent dans le noyau de chacune des cellules de l'organisme. Par conséquent, toutes les cellules de la souris contiennent le nouvel ADN. L'ADN étranger peut provenir de n'importe quelle source : de l'homme, d'un autre animal ou d'une autre souris.

La modification de l'ADN implique généralement l'ajout d'une fonction cellulaire supplémentaire, notamment la production de nouvelles protéines. Par exemple, certaines souris transgéniques produisent des protéines reconnues par les cellules immunitaires humaines; ces cellules peuvent donc être utilisées pour modéliser des aspects particuliers d'une maladie. L'ADN étranger peut parfois signifier la perte, et non l'ajout, d'une fonction. En effet, le nouvel ADN peut éventuellement entraver une voie biochimique ou empêcher la production d'une protéine particulière.

Les souris transgéniques sont des modèles utiles, car elles permettent de comprendre comment les gènes régulent les processus dans l'organisme : l'effet lié à la modification d'un gène particulier est visible sur l'ensemble de l'organisme. Elles servent également à étudier les maladies humaines causées par des « erreurs » dans la production de certaines protéines par l'organisme. Par exemple, dans le cas de l'hémophilie A, le gène indispensable code pour une protéine, connue sous le nom de facteur VIII, nécessaire à la coagulation du sang.

Créer des souris transgéniques

Il existe deux principales techniques permettant d'introduire de l'ADN étranger dans une souris : l'injection pronucléaire ou l'utilisation de cellules souches embryonnaires.

Dans le cas de l'injection pronucléaire, l'ADN étranger est injecté dans le pronucléus d'un ovocyte de souris, qui se forme juste après qu'il était fécondé. L'ADN étranger s'intègre dans le génome à une position aléatoire, généralement après que le premier ou deuxième cycle de division cellulaire ait eu lieu. Cela signifie que l'ADN étranger ne sera pas porté par toutes les cellules de la souris; cette souris ne sera donc que partiellement transgénique. Les ovocytes ou spermatozoïdes transgéniques de ces souris sont ensuite utilisés pour créer la génération suivante de souris entièrement transgéniques.

Avec l'utilisation de cellules souches embryonnaires, l'ADN introduit s'intègre généralement dans le génome de façon aléatoire. Néanmoins, si sa structure est similaire à une partie existante du génome, il peut alors être 'reconnu' par l'ADN. Il subit alors une recombinaison homologue et une copie unique s'intègre au génome à un endroit spécifique. Ces cellules embryonnaires doivent alors se développer, puis sont injectées dans un embryon-hôte; elles feront donc partie intégrante de la souris qui sera créée à partir de cet embryon. La souris, créée à partir de l'embryon-hôte, est appelée une chimère. Elle est constituée de cellules embryonnaires de deux souris différentes. Certains des spermatozoïdes produits par la chimère seront transgéniques, car ils contiendront l'ADN étranger. Lorsque ces spermatozoïdes féconderont un ovocyte normal, la souris qui naîtra sera totalement transgénique et aura de l'ADN étranger dans chacune de ses cellules.

Exemples de souches transgéniques

Les souris de grande taille ont un gène d'hormone de croissance de rat ; elles grandissent donc plus vite que la normale et sont utilisées pour étudier la croissance et le développement.

– Les oncosouris ont un oncogène inactivé ce qui les prédispose à développer un cancer. Ces souris ont été essentielles pour la compréhension de nombreux cancers et pour le développement de techniques destinées à les traiter.

– Les souris Doogie ont une meilleure mémoire et sont capables d'apprendre. Elles ont une fonction améliorée au niveau des récepteurs NMDA, récepteurs dont le cerveau a besoin pour stocker les nouvelles informations.

Les souris knock-out

Le développement plus récent, dans les années 1980, des souches knock-out (ou knock-in) a constitué une avancée majeure dans la génétique. Cette technologie permet de modifier, le plus souvent supprimer, des gènes particuliers sur le brin d'ADN; ils peuvent également être inactivés ou insérés. Cela permet aux chercheurs de déterminer la fonction exacte d'un gène particulier et ces souris génétiquement modifiées ont été d'excellents modèles de maladies humaines, qui avant ne pouvaient pas être étudiées sur des animaux. Le séquençage et l'analyse du génome de la souris a permis de cibler et d'étudier de nombreux gènes au moyen de cette technologie. Les créateurs de la première souris knock-out ont reçu le prix Nobel de médecine 2007.

L'histoire du gene targeting (ou ciblage génique)

Cette technique, qui a permis de créer les souris knock-out, a été développée sur des bactéries par Joshua Lederberg. Il reçut le prix Nobel en 1958 pour sa découverte. Il a en effet découvert que les souches bactériennes pouvaient être croisées et donner naissance à une progéniture possédant une génétique unique et propre, comme c'est le cas pour la reproduction sexuelle. Par conséquent, des mutations produites dans leurs structures génétiques à l'aide de rayons X peuvent être transmises aux générations suivantes. M. Leberberg a été le premier à décrire le processus de recombinaison homologue chez les bactéries, dans lequel les paires de chromosomes échangent du matériel génétique. Il a également découvert qu'il était possible d'intégrer, dans la structure génétique, d'autres fragments du matériel génétique de l'organisme bactérien, et ce, pendant la recombinaison.

Aux États-Unis, deux scientifiques, Mario Capecchi et Oliver Smithies, travaillaient sur la modification des séquences spécifiques du génome de mammifères. Sans se concerter, ils ont tous deux réalisé que la technique de Lederberg pouvait être utilisée pour introduire des mutations dans des gènes de mammifères. Au même moment, les travaux de Martin Evans sur des cellules souches embryonnaires ont fourni un moyen d'introduire les mutations dans un animal vivant en modifiant les cellules souches, puis en les injectant dans un ovocyte fécondé de souris.

La création de souris knock-out

Les souris knock-out et knock -in sont créés par ciblage génique. Cette technique permet de modifier un gène spécifique du génome de la souris, en le remplaçant par une séquence génétique similaire, modifiée afin de contenir une mutation. Souvent, la mutation empêche le gène de fonctionner. Lorsque les gènes sont inactivés, un gène de souris est souvent remplacé par un gène similaire provenant du génome humain.

Le gène mutant est créé dans un plasmide bactérien qui est injecté dans les cellules souches embryonnaires de souris, généralement celles d'un mâle. Les cellules viennent d'un très jeune embryon de souris et se diviseront pour former chaque type de cellules d'un organisme. L'objectif est que le matériel génétique mutant du plasmide forme de l'ADN dans les spermatozoïdes de la souris mâle à son âge adulte. Une fois que le plasmide est à l'intérieur de la cellule souche, les deux séquences similaires d'ADN échangent le matériel génétique par recombinaison homologue, échangeant ainsi le nouveau gène mutant dans le génome de la souris. Les cellules souches sont ensuite implantées dans l'embryon-hôte pour se développer. Les souris hôtes ont généralement des poils de couleur différente, afin de pouvoir identifier clairement les souris porteuses des gènes mutants.

La souris qui naît est une chimère, car seulement certaines de ces cellules ont été modifiées. Cette souris aura des poils des deux couleurs. Lorsque les spermatozoïdes de la souris chimérique fécondent un ovocyte normal, certains des souriceaux seront porteurs d'une copie unique du gène mutant. Ces souriceaux auront des poils de la même couleur que ceux de la souris dont l'ADN a été modifié à l'origine.

La consanguinité entre ces souris produit une progéniture possédant deux copies du gène mutant. Ce sont les souris knock-out.

Exemples de souris knock-out

Il existe de très nombreux exemples de souris knock-out, car cette technique a été utilisée pour étudier tous les aspects de la physiologie et pour créer des modèles pour un grand nombre de maladies humaines.

– Les souris corpulentes (Fat mice), sujettes à l'obésité en raison d'une carence en carboxypeptidase E

– Les souris musclées (Strong mice), ayant un gène de la myostatine inactivé

– Les souris résistantes au froid (Cold-tolerant mice), dépourvues d'un canal sodique qui provoque la douleur lorsqu'exposées au froid.ANCHOR


Références

  1. Mouse Genome Sequencing Consortium, Nature 420, 520-562 (2002)
  2. Home Office: Statistics of Scientific Procedures on Living Animals: Great Britain 2006. http://www.homeoffice.gov.uk/rds/pdfs07/spanimals06.pdf
  3. F. Alam et al. (2010) Bioluminescence imaging of a clinical isolate of Streptococcus pyogenes, Luminescence 25 ,2  179 -181

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