Une équipe de l’IRCM explique comment l'évolution a muni nos mains de cinq doigts

Annie Dumouchel, la professeure Marie Kmita et Yacine Kherdjemil.

Annie Dumouchel, la professeure Marie Kmita et Yacine Kherdjemil.

Crédit : IRCM.

En 5 secondes

Les doigts proviennent des rayons des nageoires des poissons, qui sont au nombre de 6 ou 7. Alors pourquoi avons-nous seulement 5 doigts? Une étude publiée dans Nature répond à la question.

Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi nos mains disposaient d’exactement cinq doigts? L’équipe de la Dre Marie Kmita, oui. Le laboratoire de l’Institut de recherches cliniques de Montréal et de l’Université de Montréal a permis de révéler une partie de ce mystère et sa remarquable découverte vient d’être publiée dans la prestigieuse revue Nature.

Une question d’évolution

On sait depuis plusieurs années que les membres des vertébrés, incluant nos bras et nos jambes, ont comme ancêtres les nageoires des poissons. L’évolution qui a conduit à l’apparition des membres, et tout particulièrement l’apparition des doigts chez les vertébrés, reflète un changement du corps associé à un changement d’habitat, la transition du milieu aquatique au milieu terrestre. Comment cette évolution s’est produite est une fascinante question qui remonte aux travaux de Charles Darwin. 

En août dernier, des chercheurs de Chicago ont démontré que deux gènes – Hoxa13 et Hoxd13 – sont responsables de la formation des rayons des nageoires et de nos doigts. «Ce résultat est très excitant, car il établit clairement un lien moléculaire entre les rayons des nageoires et les doigts», dit Yacine Kherdjemil, étudiant au doctorat dans le laboratoire de Marie Kmita et premier auteur de l’article paru dans Nature.

Cependant, la transition de la nageoire au membre ne s’est pas faite d’un coup. L’analyse des fossiles nous indique que nos ancêtres étaient polydactyles, c’est-à-dire qu’ils avaient un nombre de doigts supérieurs à cinq, et soulève donc une autre question clé. Par quel mécanisme l’évolution a-t-elle favorisé la pentadactylie (cinq doigts) chez les espèces actuelles?

Une observation a particulièrement retenu l’attention de l’équipe de la Dre Kmita : «Au cours du développement, chez la souris comme chez l’homme, les gènes Hoxa11 et Hoxa13 sont activés dans des domaines séparés du bourgeon de membre, alors que, chez le poisson, ces gènes sont activés dans des domaines chevauchant la nageoire en développement», mentionne Marie Kmita, directrice de l’unité de recherche en génétique et développement de l’Institut de recherches cliniques de Montréal (IRCM) et professeure-chercheuse à la Faculté de médecine de l’Université de Montréal.

En essayant de comprendre la signification de cette différence, Yacine Kherdjemil a démontré que, en reproduisant l’activité de type poisson (chevauchant) pour le gène Hoxa11, les souris développent jusqu’à sept doigts par patte, c’est-à-dire un retour au statut ancestral. L’équipe de la Dre Marie Kmita a également découvert la séquence d’ADN responsable de la transition de l’activité du gène Hoxa11 de type poisson et souris. «Cela signifie que ce changement morphologique majeur ne s’est sans doute pas fait par l’acquisition de nouveaux gènes, mais simplement par la modification de leurs activités», ajoute la Dre Marie Kmita.

D’un point de vue clinique, cette découverte renforce la notion que des malformations au cours du développement du fœtus ne sont pas seulement dues à des mutations dans les gènes et peuvent provenir de mutations dans les séquences d’ADN qu’on appelle séquences régulatrices. «À l’heure actuelle, les contraintes techniques ne permettent pas l’identification de ce type de mutation directement chez les patients, d’où l’importance des recherches fondamentales qui utilisent des modèles animaux», commente Marie Kmita.

À propos de l’étude

Le projet de recherche a été réalisé à l’unité de recherche en génétique et développement de l’IRCM par Yacine Kherdjemil, Rushikesh Sheth, Annie Dumouchel, Gemma de Martino et Marie Kmita. Robert L. Lalonde et Marie-Andrée Akimenko, de l’Université d’Ottawa, Kyriel M. Pineault et Deneen M. Wellik, de l’University of Michigan, ainsi que H. Scott Stadler, du Shriners Hospital for Children, ont également collaboré à l’étude.

La recherche a été subventionnée par les Instituts de recherche en santé du Canada, le Programme des Chaires de recherches du Canada, le Conseil de recherches en sciences naturelles et génie et une subvention Shriners Hospital Research. Yacine Kherdjemil a également bénéficié d’une Bourse IRCM – Michel-Bélanger de la Fondation de l’IRCM et d’une bourse du programme de biologie moléculaire de l’Université de Montréal.

À propos de Marie Kmita

Marie Kmita a obtenu un doctorat en biologie cellulaire et moléculaire de l’Université de Reims en France. Elle est professeure associée de recherche IRCM et directrice de l’unité de recherche en génétique et développement. La Dre Kmita est également professeure-chercheuse adjointe au Département de médecine (accréditation en biologie moléculaire) de l’Université de Montréal, ainsi que membre associée du Département de médecine (Division de médecine expérimentale) de l’Université McGill. La Dre Kmita est titulaire de la Chaire de recherche du Canada en embryologie moléculaire et génétique.

À propos de l'IRCM

L'IRCM est un institut de recherche biomédicale de grande réputation situé en plein cœur du milieu universitaire montréalais. Fondé en 1967, il regroupe aujourd'hui 35 équipes de recherche et quatre cliniques spécialisées en cholestérol, hypertension, fibrose kystique et diabète et obésité. L'IRCM est affilié à l'Université de Montréal. Il entretient aussi des relations étroites avec l'Université McGill. Sa clinique est affiliée au CHUM. L'IRCM reçoit l'appui du ministère de l'Économie, de l'Innovation et des Exportations du Québec.

Ressources pour les médias