Effet de deux gènes sur la couleur du pelage de la souris

Effet de deux gènes sur la couleur du pelage de la souris

• Dans l’étude des rôles du génotype et de l’environnement dans la réalisation d’un phénotype, l’exemple de la couleur du pelage de la souris permet d’envisager en premier l’interaction de deux gènes, le gène MC1R et le gène agouti dans la réalisation de ce caractère.
• Pour le gène MC1R, il faut consulter les documents : « MC1R et la couleur du pelage de la souris » et « La protéine codée par le gène MC1R » ainsi que le début de l’exploitation pédagogique relative à MC1R. On envisage les phénotypes de deux mutants, l’un à pelage jaune, l’autre à pelage noir. Ces phénotypes sont dus à deux allèles mutés du gène MC1R : l’un code pour une protéine non fonctionnelle et est à l’origine du phénotype « pelage jaune » de la souris ; l’autre code pour une protéine dont l’activité est plus forte que celle codée par l’allèle « sauvage » et est à l’origine du phénotype « couleur noire du pelage ».
• Le document : « Le gène agouti et la couleur du pelage de la souris » porte aussi sur le déterminisme génétique du phénotype « pelage noir ». Les résultats des croisements réalisés indiquent que ces souris noires diffèrent des souris « sauvages » par un seul des gènes intervenant dans la couleur du pelage. L’étude précédente sur le gène MC1R laisse à penser que ces souris noires possèdent un allèle muté du gène MC1R. La comparaison avec Anagène, des séquences des allèles MC1R d’une souris grise et de la souris noire envisagée révèle que ces allèles sont identiques. Autrement dit, le phénotype « pelage noir » est dû à un allèle d’un autre gène. Ce gène a été isolé et dénommé le gène agouti (on désigne souvent le phénotype sauvage - pelage brun ou gris par phénotype agouti).
• La comparaison des séquences codantes des allèles du gène agouti chez la souris sauvage (phénotype agouti) et chez la souris noire mutante indique que l’allèle muté diffère par une délétion de 3 nucléotides CTC au codon 49, suivie d’une insertion de 2 nucléotides TA. Il en résulte un décalage du cadre de lecture et une séquence modifiée aux codons 49-54. Le codon 55 de l’allèle muté devient un codon stop. La protéine codée par cet allèle ne comprend que 54 acides aminés au lieu de 131, ce qui la rend non fonctionnelle.
• Il faut alors exploiter les données sur les protéines MC1R et agouti pour expliquer comment des  mutations du gène MC1R et du gène agouti conduisent au même phénotype : « pelage noir ».
• La protéine MC1R code pour une protéine membranaire exprimée à la surface des mélanocytes. Lorsque cette protéine est non fonctionnelle, le phénotype de pelage est jaune ce qui indique une synthèse de phéomélanine par le mélanocyte indépendante de MC1R. La protéine MC1R « sauvage » entraîne donc une synthèse d’eumélanine par le mélanocyte qui synthétise les deux types de mélanine, surtout de l’eumélanine, à l’origine du phénotype agouti (couleur brune). Si la protéine MC1R est plus active que la protéine sauvage, alors la synthèse d’eumélanine est plus forte, celle de phéomélanine quasi inexistante, et le phénotype est « pelage noir ».
• La protéine MC1R est un récepteur membranaire. Il a une activité de base qui peut être modifiée par les messagers qui s'y lient. Ces messagers sont l’hormone MsH qui le stimule à produire de l’eumélanine,  et la protéine agouti sécrétée par des cellules du derme, qui l’inhibe. Lors de la croissance des poils, les deux messagers agissent sur les mélanocytes par l’intermédiaire des récepteurs MC1R.  Si la protéine agouti est non fonctionnelle, la synthèse d’eumélanine n’est plus inhibée et les mélanocytes ne synthétisent plus que de l’eumélanine d’où le phénotype « pelage noir ».

Le schéma ci-dessous illustre comment les interactions entre les deux gènes MC1R et Agouti contrôlent la couleur du pelage.

A - Protéine agouti et récepteur MC1R fonctionnels : synthèse de phéomélanine et d'eumélanine, d'où la couleur grise (phénotype agouti).

B - Protéine agouti fonctionnelle, récepteur MC1R non fonctionnel : synthèse uniquement de phéomélanine, d'où la couleur jaune.

C - Protéine agouti fonctionnelle, récepteur MC1R hyperactif : synthèse uniquement d'eumélanine, d'où la couleur noire.

D - Protéine agouti non fonctionnelle, récepteur MC1R fonctionnel : synthèse uniquement d'eumélanine, d'où la couleur noire.