Inactivation du gène DNMT3

La méthylation de l’ADN et la différenciation phénotypique : reine-ouvrière

La gelée royale reçue par une larve durant les 4^ème et 5^ème jours de sa vie orientent son évolution phénotypique vers celle d’une reine. A l’inverse si elle n’est nourrie durant ces jours que de pollen et de miel, elle devient une ouvrière caractérisée notamment par l’atrophie de ses ovaires. Ainsi un même génome peut conduire à deux phénotypes différents en fonction de l’alimentation de la larve. Cela implique deux patrons de développement différents et donc une expression  différentielle de gènes impliqués dans le développement. Cela laisse supposer que des marques épigénétiques différentes se mettent en place en fonction de la nature de l’apport alimentaire, marques qui agissent sur l’expression des gènes. La méthylation de l’ADN est un mécanisme épigénétique très fréquent et les chercheurs ont fait l’hypothèse qu’il était impliqué dans la genèse du polymorphisme reine-ouvrière. Les expériences suivantes permettent de tester cette hypothèse.

A ; effet d’une inhibition d’un gène qui code pour une enzyme la méthyltransférase 3

La séquençage du génome de l’Abeille publiée en 2006 a permis de découvrir dans ce génome la présence de gènes qui assurent la méthylation de l’ADN comme chez les mammifères : les gènes qui codent pour les méthyltransférases.

Protocole expérimental.

En 20008, Kucharski et all soumettent des larves nouvellement écloses, à un traitement reconnu pour bloquer spécifiquement, au moins en partie, un gène, le gène DNMT3 qui code pour une enzyme assurant la méthylation de l’ADN au cours du développement. L’élevage de ces larves s’effectue au laboratoire et elles ne reçoivent pas de gelée royale à partir du troisième jour.

Résultats

·         L’histogramme ci-dessous indique la quantité d’ARNm du gène DNMT3 présent chez les larves traitées arrivées au stade L3 (qui correspond aux 4^ème et 5eme jours de vie larvaire) et chez des larves témoins. Cette quantité est exprimée par rapport à l’expression d’un gène de référence (d’où l’expression en pourcentage)

·         L’histogramme suivant illustre de façon quantitative les phénotypes des abeilles issues de ces larves. C’est la figure 2A de l’article.

·         Les chercheurs ont essayé de voir si le traitement subi par les larves avait effectivement affecté la méthylation de certains gènes. Pour cela ils ont étudié la méthylation d’un gène, le gène dynactin p62 , connu pour s’exprimer au cours du développement de la larve (sans qu’on sache s’il est impliqué dans la création du polymorphisme reine ouvrière) Comme pour tous les gènes étudiés,, les sites méthylés chez l’Abeille sont exclusivement situés dans les exons. Les chercheurs ont comparé la méthylation de 10 sites CpG des exons 5,6 et 7 du gène dynactin p62 chez des larves  en fin de stade L3 : larves d’ouvrières et de reines de la ruche, larves élevées au laboratoire d’ouvrières chez lesquelles on a inactivé le gène DNMT3 et chez des larves non traitées.

C’est la figure 3 B et C de l’article de Kucharski.

Le pourcentage de méthylation de chaque site CpG est indiqué dans une boîte et la moyenne pour les 10 sites indiquée au milieu.

·         Chez les mammifères c’est la méthylation des sites CpG des  séquences régulatrices des  gènes qui affectent leur expression, une forte méthylation inhibant leur expression. Chez l’Abeille cela ne semble pas le cas puisque la méthylation touche quasi exclusivement les exons. On a alors fait l’hypothèse que chez l’Abeille la méthylation des exons pouvait affecter l’épissage des gènes. Cela a été testé sur un gène, le gène GB18602 qui code pour une protéine transmembranaire.

On dispose :

                     -de la séquence complète du gène (exons =introns)

                      - des séquences de deux ARN m résultant après épissage de la transcription du gène

A partir de là on peut obtenir et comparer les séquences des deux protéines issues de la traduction de ces deux ARNm et trouver les différences dans ceux-ci qui sont à l’origine des différences au niveau de la protéine.

 On peut aussi établir les deux modalités de l’épissage du gène en déterminant la structure en introns et exons du gène.

On dispose aussi du profil de méthylation du gène chez les ouvrières et la reine (ce qui permet de voir s’il y a une corrélation avec l’épissage.

Enfin on dispose de l’expression relative des deux ARNm transcrits chez l’ouvrière et la reine. (C

B – Action de la gelée royale sur la méthylation de l’ADN

les données ci-dessous prolongent celles relatives au développement au laboratoire de larves relatées au document.( ?) Les chercheurs ont déterminé l’expression du gène DNMT3 chez les larves des trois lots. Durant e 6èmè jour de vie larvaire (prendre la figure 2A qui me semble plus significative que la figure 3B

Ils ont aussi étudié la méthylation du gène dynactin p62 à 10 sites répartis dans les 8 exons du gène. On dispose d’indications sur les sites CpG du gène ainsi que d’un tableau précisant le pourcentage de méthylation de ces sites chez les larves des trois lots.