Xiphophorus maculatus

Introduction

Le platy Xiphophorus maculatus (photo : Manfred Schartl, Würzburg)

Xiphophorus est un petit poisson d’eau douce appartenant à la famille des Poécilidés comme le guppy Poecilia reticulata et le molly Poecilia latipinna. Le nom Xiphophorus est dérivé du Grec xiphos (épée) et phoros (porteur). Le genre Xiphophorus regroupe 23 espèces originaires d’Amérique Centrale (Mexique, Belize, Guatemala et Honduras) qui sont classées en porte-épées du nord, porte-épées du sud et platys.
Xiphophorus est ovovivipare, avec un mode de fécondation interne. Les oeufs se développent dans le corps de la femelle, qui met au monde des alevins déjà formés dont elle est elle-même très friande. Xiphophorus est bien connu du grand public (sa définition selon Pierre Desproges) et très prisé des aquariophiles.

Mélanomes héréditaires et gènes du cancer chez Xiphophorus

Fig2. : Schéma de croisement présentant la ségrégation des loci Tu (locus inducteur de tumeur) et R (locus suppresseur de tumeur) chez certains hybrides interspécifiques du genre Xiphophorus. Dans ce croisement, appelé le modèle de Gordon-Kosswig, un platy X. maculatus est croisé avec un porte-épée X. hellerii

Les mélanomes comptent parmi les formes de cancer les plus agressives chez l’homme. Dans les années 1920, des scientifiques allemands et américains ont découvert qu’il était possible d’induire la formation de mélanomes chez le poisson Xiphophorus par simple croisement entre deux espèces, par exemple le platy X. maculatus le porte-épée X. hellerii (Fig. 2).

Dans ce modèle, l’induction des tumeurs ne nécessite aucun traitement génotoxique exogène (comme par exemple les rayons ultraviolets). Les mélanomes de Xiphophorus sont dérivés d’un type particulier de cellules pigmentaires à mélanine appelées les macromélanophores. Depuis près de 80 ans, Xiphophorus est un model animal classique pour l’étude des cancers héréditaires.

Chez Xiphophorus, le développement des mélanomes est induit par l’abolition de la répression du locus oncogène dominant Tu (tumeur) par le locus suppresseur de tumeur R (régulateur). Ces deux loci sont présents chez le platy mais absents du porte-épée. La présence de R et Tu sur des chromosomes différents dans le génome du platy permet leur séparation par croisement (Fig. 2).

Après croisement entre X. maculatus et X. hellerii, la descendance F1 est hétérozygote pour la présence de R et Tu. Un croisement supplémentaire des individus F1 avec X. hellerii produit 25% d’individus hétérozygotes pour Tu mais n’ayant plus aucune copie du locus suppresseur R. Chez ces poissons, l’activité oncogénique de Tu est fortement induite dans les macromélanophores. Cette activation a pour conséquence la formation de mélanomes malins très invasifs, qui entraînent généralement la mort du poisson.

Xmrk, le gène localisé au locus Tu et responsable de la formation des tumeurs, code pour un récepteur d’hormone appartenant à la famille du récepteur du facteur de croissance épidermique Egfr (epidermal growth factor receptor, récepteur tyrosine kinase) (Wittbrodt et al. 1989, Nature 341:415). L’oncogène Xmrk a été formé chez Xiphophorus par duplication récente du proto-oncogène egfrb, l’un des deux gènes egfr chez les poissons (Adam et al. 1993, Science 259:816). Par rapport à son ancêtre proto-oncogène, Xmrk a acquis un nouveau contrôle transcriptionnel et subi des mutations conférant au récepteur une activité constitutive indépendante du ligand. Xmrk et egfrb sont localisés de part et d’autre du gène maître de déterminisme du sexe du platy sur les chromosomes sexuels X et Y. Bien que Xmrk soit potentiellement délétère, non essentiel et localisé dans une région très instable du génome, ce gène a été conservé fonctionnel dans des espèces divergente de Xiphophorus pendant une période de plusieurs millions d’années d’évolution. Ceci suggère que Xmrk a une fonction bénéfique dans certaines conditions naturelles. L’identification de cette fonction représente un challenge majeur pour la recherche future sur le modèle Xiphophorus.

Un autre locus important pour la formation des mélanomes, appelé Mdl (pour « macromelanophore-determining locus »), est également localisé sur les chromosomes sexuels du platy. Ce locus est nécessaire pour la formation des macromélanophores, qui sont les précurseurs cellulaires des mélanomes et produisent des patrons de pigmentation extrêmement polymorphes chez Xiphophorus. Mdl détermine non seulement le phénotype de la pigmentation des macromélanophores mais aussi la localisation, le moment d’apparition et le degré de malignité des mélanomes. Mdl est très proche de Xmrk mais n’a pas encore été identifié au niveau moléculaire.

Evolution du déterminisme du sexe chez les vertébrés : le modèle Xiphophorus

La base moléculaire du déterminisme du sexe et de la différenciation des gonades reste mal comprise chez les vertébrés non mammifères, et même chez l’homme des membres importants de la cascade de déterminisme du sexe restent à découvrir. SRY, Le gène maître de déterminisme du sexe localisé sur le chromosome Y de l’homme et de la souris, a été formé pendant l’évolution des mammifères et est absent des autres lignées majeures de vertébrés. Depuis sa formation, le chromosome Y des mammifères est engagé dans un processus de perte de gènes qui pourrait entraîner sa disparition dans quelques millions d’années, ce qui pourrait signifier la fin de l’espèce Homo sapiens. L’analyse du déterminisme du sexe chez les vertébrés non mammifères pourrait aboutir à l’identification de mécanismes alternatifs capables de compenser la disparition du système SRY chez les mammifères.

Les poissons représentent un modèle de choix pour l’étude du déterminisme du sexe. Ces animaux ont développé une incroyable diversité de stratégies génétiques et environnementales pour l’établissement du dimorphisme sexuel. Hétérogaméties mâles et femelles avec possible influence de loci autosomaux ont été décrites chez différentes espèces de poissons, de même que des systèmes génétiques plus compliqués impliquant par exemple plusieurs paires de chromosomes sexuels. De plus, le déterminisme du sexe chez les poissons est fréquemment sous l’influence de facteurs environnementaux comme la température ou le pH de l’eau, et une inversion du sexe phénotypique est généralement possible soit spontanément soit par traitement avec des hormones stéro&iauml;des. Peu de données sont actuellement disponibles concernant les mécanismes moléculaires et évolutifs gouvernant la variabilité du déterminisme du sexe chez poissons ; cette variabilité pourrait jouer un rôle important dans les processus de spéciation.

Le sexage moléculaire et le contrôle du déterminisme du sexe sont des enjeux économiques majeurs pour l’aquaculture. Les cultures monosexes (élevage de populations soit entièrement mâles, soit entièrement femelles) sont généralement utilisées en pisciculture pour le contrôle de la reproduction des animaux et l’exploitation de certaines qualités sexe-spécifiques concernant par exemple la croissance, la qualité de la chair ou le comportement des espèces cultivées. De telles populations monosexes peuvent être créées par traitement de l’un des parents par des hormones oestrogènes ou androgènes (inversion du sexe phénotypique). Le développement de tests moléculaires de sexage est important pour la sélection de reproducteurs de génotype adéquat pour la production de cultures monosexes de même que pour l’analyse rapide des produits de croisement, d’androgenèse et de gynogenèse.

Fig3. : Gènes et loci liés au gène maître de déterminisme du sexe SD sur les chromosomes sexuels X et Y du platy Xiphophorus maculatus.

Peu de données sont actuellement disponibles concernant les mécanismes de déterminisme du sexe chez la plupart des espèces de poissons. Aucun marqueur lié au sexe n’a pu être identifié chez le poisson zèbre Danio rerio et les poissons ballons Takifugu rubripes (Fugu) et Tetraodon nigroviridis, trois poissons dont le génome (presque) entièrement séquencé ne contient pas de chromosomes sexuels reconnaissables. Dmrt1bY, le gène maître de déterminisme du sexe chez le médaka Oryzias latipes, n’est présent que chez quelques espèces du genre Oryzias, et ne correspond donc pas au gène de déterminisme du sexe universel des poissons (Matsuda et al. 2002, Nature 417:559 ; Nanda et al. 2002, Proc Natl Acad Sci USA 2002, 99:11778). Ainsi, des modèles alternatifs sont nécessaires pour l’identification du ou des gènes déterminant le sexe chez plus de 23.000 espèces de poissons.

Le platy Xiphophorus maculatus est un excellent modèle pour le clonage positionnel d’un gène maître de déterminisme du sexe (SD, pour « sex determining »). Chez ce poisson, SD est localisé entre deux gènes bien caractérisés au niveau moléculaire : l’oncogène Xmrk, induisant la formation de mélanomes, et sa version proto-oncogénique egfrb. Cette situation est favorable à l’identification de SD par clonage de position. SD est lié à d’autres loci impliqués dans la pigmentation et/ou le phénotype des mélanomes (loci Mdl et RY, pour « red-yellow ») et dans le déclenchement de la maturité sexuelle (locus P, pour « puberté ») (Fig. 3). L’identification moléculaire de ces loci a des applications évidentes pour la recherche contre le cancer et l’aquaculture.

Définition du Xiphophore selon Pierre Desproges

Xiphophore (n.m.) : Le xiphophore est un petit poisson de coloration variée, de six à dix centimètres de long et originaire du Mexique. Au moment de se reproduire, le xiphophore émet un cri strident : Christiane ! pour appeler la xiphophorette qui accourt bientôt ventre à flotte, la caudale en feu. S’ensuit alors une danse d’amour effrénée dont le tendre spectacle ne peut que toucher le coeur de tout homme capable de supporter un documentaire écologique marin sans balancer ensuite une grenade offensive dans le lac d’Enghien (Dictionnaire superflu à l’usage de l’élite et des bien nantis, 1985).

Références

• Froschauer A, Korting C, Bernhardt W, Nanda I, Schmid M, Schartl M, Volff JN (2001) Genomic plasticity and melanoma formation in the fish Xiphophorus. Mar Biotechnol (NY) 3 (Supplement 1) : S72-S80.
• Meierjohann S, Schartl M, Volff JN (2004) Genetic, biochemical and evolutionary facets of Xmrk-induced melanoma formation in the fish Xiphophorus. Comp Biochem Physiol C Toxicol Pharmacol 138 : 281-289.
• Schultheis C, Zhou Q, Froschauer A, Nanda I, Schmidt C, Naciri M, Selz Y, Matschl S, Wenning M, Veith AM, Braasch I, Böhne A, Dettai A, Ozouf-Costaz C, Segurens B, Couloux A, Bernard-Samain S, Schmid M, Schartl M, Volff JN (2006) Molecular analysis of the sex-determining region of the platyfish Xiphophorus maculatus. Zebrafish (sous presse).
• Volff JN (2005) Genome evolution and biodiversity in teleost fish. Heredity 94 : 280-294.
• Volff JN, Schartl M (2001) Variability of genetic sex determination in poeciliid fishes. Genetica 111 : 101-110.
• Volff JN, Schartl M (2002) Sex determination and sex chromosome evolution in the medaka, Oryzias latipes, and the platyfish, Xiphophorus maculatus. Cytogenet Genome Res 99 : 170-177.