La souris domestique (Mus musculus) est un modèle mammifère de premier plan pour l'étude d'une vaste gamme de caractères et de maladies, en particulier ceux liés au développement. Son utilisation intensive en recherche biologique et médicale est justifiée par plusieurs facteurs, notamment sa petite taille, son cycle de reproduction court, sa facilité d'élevage en laboratoire et la forte homologie génétique avec l'homme.
L'importance de la souris comme modèle génétique
L'introduction de la souris comme modèle en génétique remonte au début du XXe siècle, à la même époque que pour la drosophile. Lucien Cuénot a utilisé des souris pour démontrer les lois de Mendel pour la première fois chez les mammifères. William E Castle a également commencé à étudier l’hérédité en utilisant comme phénotype la couleur du pelage chez la souris. Le laboratoire de Castle ainsi que d’autres ont lancé des programmes de recherche axés sur la génétique de la souris et ont rapidement réalisé la nécessité de créer des souches consanguines. En 1909, la première souche consanguine, DBA, a été créée et l’ère de la génétique de la souris moderne a commencé.
Synténie entre les chromosomes humains et murins
L’organisation du génome a fortement divergé entre l’homme et la souris depuis leur ancêtre commun. Environ 180 cassures et réassemblages se sont produits dans les lignées humaine et murine. Bien que le nombre de chromosomes soit similaire chez les deux espèces (23 par génome haploïde chez l’homme contre 20 chez la souris), leurs structures globales diffèrent considérablement. Néanmoins, même après ce remaniement génomique important, il existe de nombreux grands blocs d’ADN dans lesquels l’ordre des gènes est le même chez l’homme et la souris.
Développement embryonnaire chez la souris
La souris est un excellent modèle pour étudier les étapes précoces du développement (clivage) et les étapes post-gastrulation.
Clivage et détermination des premiers lignages
A E3,5, l’ensemble épiblaste/endoderme primitif s’appelle la masse cellulaire interne.
Lire aussi: Développement de l'enfant
Structure du blastocyste
A E4,5, le blastocyste de souris est constitué de populations cellulaires exprimant des marqueurs spécifiques.
Lignage général de l’embryon de souris et de ses annexes
Les cellules qui ne participent qu’à des annexes extraembryonnaires sont en vert, celles qui donneront des cellules des annexes et des cellules de l’embryon sont en hachurés verts.
Techniques de manipulation génétique chez la souris
Plusieurs techniques de manipulation génétique ont été développées chez la souris, permettant d'étudier la fonction des gènes au cours du développement.
Culture d'embryons in vitro et transgénèse
Pour la période juste après l’implantation correspondant à la gastrulation, les embryons ont une taille et une topologie qui les rendent difficiles à étudier dans l’utérus. Des techniques récentes de culture d’embryons in vitro ont permis de faire se développer des embryons de souris jusqu’à 11 jours après fécondation soit jusqu’à l’organogenèse ! Par traitement hormonal, on fait superovuler des souris femelles puis on les accouple avec un mâle. Les zygotes sont rapidement récupérés dans les voies génitales puis incubés in vitro. L’ADN d’intérêt, souvent un gène sous le contrôle d’un promoteur spécifique est injecté dans le pronucléus mâle. Puis on sélectionne les embryons qui ont poursuivi correctement leur développement et on les injecte dans l’utérus d’une femelle pseudo-gestante (la copulation provoque des stimuli mécaniques nécessaires au bon développement de l’utérus pour la gestation alors la femelle est préalablement accouplée avec un mâle vasectomisé). Les souriceaux nés doivent ensuite être sélectionnés pour la présence et l’expression du transgène. En effet, l’insertion du transgène dans le génome ne réussit pas à chaque fois et le transgène peut aussi très bien s’être inséré dans de l’hétérochromatine silencieuse. On effectue une RT-PCR ou alors un test qui permet de révéler l’expression d’un gène rapporteur s’il est présent dans le transgène (par exemple, coloration X-gal si on a mis le gène de la β-galactosidase).
Mutations knock-out et knock-in
L'introduction de mutations knock-out ou knock-in dans des souris permet d'invalider ou de modifier l'expression d'un gène spécifique. La mutation par recombinaison homologue est réalisée dans des cellules ES (embryonnaires souches) pluripotentes. Ces cellules sont injectées dans la masse cellulaire interne de blastocyste sauvage et l’embryon chimérique ainsi généré est transféré dans une mère porteuse. On obtient des souriceaux chimériques et certains d’entre eux ont leur lignée germinale formée à partir des cellules mutées (descendantes des cellules ES injectées dans les blastocystes). On croise ces souris avec des souris normales. A la génération suivante, la moitié des souris aura toutes leurs cellules hétérozygotes pour la mutation. On croise alors ces souris entre elles et un quart de leur descendance sera homozygote pour la mutation introduite.
Lire aussi: Secteur en expansion: métiers pour enfants
Technique CRISPR/Cas9
La technique CRISPR/Cas9 est une méthode d'édition génomique plus récente et plus efficace que les techniques traditionnelles. Un ou deux ARN guide (sgRNA) sont conçus pour soit perturber un exon critique (knockout), soit supprimer un exon entier pour le remplacer par une séquence au choix (knockin). Les sgRNA sont synthétisés, ou transcrits in vitro, puis complexés avec le tracrRNA puis la protéine Cas9 pour former un complexe ribonucléoprotéique (RNP). Les RNP sont électroporés in situ dans l’oviducte d’une femelle gravide avec un long ADN simple brin qui servira de matrice à la réparation (ssODN). Les descendances sont génotypées pour vérifier l’édition réussie du gène d’intérêt. La deuxième procédure est nettement moins couteuse et nettement moins longue.
Système Cre-Lox
Le système Cre-Lox permet de réaliser une délétion d’un gène contrôlée spatio-temporellement au cours du développement. La Cre est une recombinase du bactériophage P1 qui est capable d’exciser toute séquence située entre deux séquences LoxP. Ici, l’activation de la Cre par un promoteur spécifique provoque la délétion d’un gène mais permet l’expression de la eGFP (une forme de la GFP à la fluorescence renforcée). En effet, dans la souris knock-in en haut à droite, la eGFP ne peut être exprimée car il y a un codon STOP entre le gène ciblé et elle. Grâce à l’action de la Cre dans les cellules où elle est exprimée dans les souris F1, non seulement le gène cible mais aussi ce codon STOP est éliminé. Cette méthode permet de repérer par fluorescence les cellules où le gène cible a été délété et de suivre leur devenir.
Suivi de lignage cellulaire
Le système Cre-Lox peut aussi être utilisé pour faire du suivi de lignage cellulaire. L’activation d’un promoteur donné dirige l’expression de la Cre qui va réaliser la délétion d’une séquence générant un codon STOP qui empêche la production d’une protéine rapportrice fonctionnelle. Toutes les cellules qui ont activé le promoteur et aussi ses descendantes vont alors exprimer la protéine rapportrice. Le gène codant la recombinase Cre est sous le contrôle d’un promoteur spécifique qui restreint l’expression de Cre à un lignage particulier. Quand Cre est présente, elle permet la délétion d’une séquence entre deux sites LoxP générant un codon STOP. La protéine rapportrice GFP peut alors être exprimée.
Applications de l'étude de l'embryon de souris
L'étude de l'embryon de souris a de nombreuses applications dans divers domaines de la recherche biologique et médicale.
Étude des maladies humaines
La souris est un modèle précieux pour l'étude des maladies humaines, en particulier celles qui ont une base génétique. En modifiant les gènes de la souris, il est possible de créer des modèles animaux qui reproduisent les symptômes de ces maladies, ce qui permet de mieux comprendre leur mécanisme et de tester de nouvelles thérapies.
Lire aussi: Tout savoir sur le Lien de Filiation
Recherche sur le cancer
La souris est largement utilisée dans la recherche sur le cancer. Des lignées de souris prédisposées au développement de tumeurs sont utilisées pour étudier les mécanismes de la carcinogenèse et pour tester de nouveaux traitements anticancéreux.
Étude du système immunitaire
La souris est un modèle important pour l'étude du système immunitaire. Des souris mutantes déficientes pour certains gènes du système immunitaire sont utilisées pour étudier le rôle de ces gènes dans la réponse immunitaire et dans le développement de maladies auto-immunes.
Tolérance foeto-maternelle
Une équipe américaine a découvert qu’une protéine régulatrice du système du complément, Crry (‘complement receptor-related gene Y’), joue un rôle crucial dans la tolérance du fœtus chez la souris gestante. En son absence, le placenta est l’objet d’une attaque par le système immunitaire qui aboutit à la perte très précoce de l’embryon. Les chercheurs estiment qu’une protéine similaire pourrait être impliquée chez la femme dans certains avortements spontanés. La protéine Crry, uniquement présente chez la souris, module l’activation du complément. Plus précisément, elle régule le dépôt les composants activés du complément C3a et C4a sur les cellules afin que le système immunitaire les détruise. Chez l’homme, on connaît deux protéines régulatrices des protéines du complément : DAF (decay-accelerating factor) qui inactive les enzymes C3 convertase qui activent C3, et MCP (membrane cofactor protein) qui agit comme cofacteur dans la dégradation de C3a et C4a.
Études transcriptomiques
Le développement chez la souris, comme dans d’autres modèles, est de plus en plus étudié à l’échelle transcriptomique et cellulaire par scRNAseq (analyse transcriptomique sur cellules isolées).
Reproduction de la souris
Une seule souris peut donner naissance à une cinquantaine de petits en une seule année, voire plus, qui deviennent sexuellement matures avant l’âge de 2 mois. On peut donc très vite se retrouver avec une armada de rongeurs à la maison en n’ayant adopté qu’un seul couple. Chez les souris, le mâle atteint sa maturité sexuelle à l’âge de 8 semaines et la femelle à seulement 6 semaines. Il n’y a pas de saison de reproduction particulière chez ces rongeurs qui peuvent avoir des souriceaux tout au long de l’année. Le mâle est fertile jusqu’à la fin de sa vie tandis que la femelle, qui ovule tous les 5 jours (chaleurs), a une fertilité qui décline et s’interrompt aux alentours de 18 mois.
Avant l’accouplement, le mâle et la souris se reniflent, se lèchent le museau. La saillie est très rapide, ne durant tout au plus que quelques secondes pendant lesquelles la femelle, chevauchée par le mâle, pousse des cris aigus. Mais avant cela, elle ne se laisse pas courtiser facilement, repoussant tout d’abord les assauts de son prétendant à plusieurs reprises avant d’accepter l’accouplement. Une souris peut avoir jusqu’à 8 portées en un an, chacune pouvant compter entre 6 et 10 petits, mais dans des cas plus exceptionnels on dénombre jusqu’à 21 souriceaux en une seule portée ! On recommande toutefois de ne lui accorder que deux portées au cours de sa courte vie, ce qui permet de préserver sa santé. La gestation dure 20 jours pour une portée modérée et jusqu’à 23 jours si le nombre de souriceaux est important, c’est-à-dire s’il dépasse la moyenne. Cette dernière précaution limite les risques de voir la petite femelle de nouveau fécondée juste après la naissance des souriceaux. De plus, la souris doit être sereine afin de pouvoir aménager son nid, ce qui a généralement lieu dans la semaine qui précède la mise-bas. C’est dans la majorité des cas au cours de la période nocturne que les souris mettent bas. Dans des conditions normales, la naissance des souriceaux issus d’une grosse portée se déroule en moins de 90 minutes. Comme on peut le constater chez de nombreux mammifères, la mère mange le placenta de chacun de ses rejetons et coupe elle-même chaque cordon ombilical. Il faut toujours vérifier que la femelle a expulsé autant de placentas que de souriceaux. Si ce n’est pas le cas, sa santé est mise en péril.
La souris est attentionnée, s’occupe bien de ses petits. On peut dans certains cas déplorer un acte de cannibalisme chez les souris. Les mères sont en effet susceptibles de manger leurs petits à la naissance lorsque les souriceaux sont trop nombreux (grosse portée). Dans ce cas de figure, une mère souris mange ceux qu’elle juge excédentaires comme les plus faibles. Le cannibalisme a lieu également chez les souris victimes de sous-alimentation pouvant entraîner des difficultés à allaiter ou des carences. On conseille de bien nourrir la souris gestante et lorsqu’elle a mis bas afin que son organisme reçoive suffisamment de vitamines, de minéraux et d’oligo-éléments. Le cannibalisme est aussi un phénomène que l’on rencontre chez quelques souris primipares, ce sont celles qui ont des petits pour la première fois de leur vie, car la gestation peut générer du stress. Dans ces cas précis, le cannibalisme peut être considéré comme normal. Très dépendants de leur mère jusqu’ l’âge de 15 jours, ils grandissent et évoluent vite. C’est une précaution fondamentale si l’on veut contrôler les naissances et éviter qu’ils ne se reproduisent avec leurs parents ou entre frères et sœurs car cela entraîne des problèmes de consanguinité. Il faut donc être particulièrement attentif, noter la date de naissance exacte des petits rongeurs afin d’agir dans le temps imparti.
tags: #lien #embryon #souris #femelle