La pêche au gène chez le poisson zèbre Identification du transporteur du fer mitochondrial Gene fishing in zebrafish Identification of the iron mitochondrial transporter

La pêche a souvent été miraculeuse en utilisant le poisson zèbre comme système génétique pour cloner de nouveaux gènes impliqués dans l’hématopoïèse et le métabolisme du fer (pour revue, voir [1]). Quelle en est la méthode ? Le principe est simple. Après mutagenèse chimique, les embryons de poisson ayant des signes d’anémie sont sélectionnés. Cette opération est facile car les oeufs de poisson, qui sont fécondés dans le milieu extérieur, sont optiquement clairs, permettant ainsi l’observation directe de la circulation des cellules sanguines. Des groupes de complémentation sont ensuite définis et la caractérisation du gène muté responsable du défaut phénotypique est réalisée par clonage positionnel. Ainsi, plus de 26 groupes de complémentation ont été caractérisés et déjà une dizaine de gènes, impliqués pour la plupart dans des pathologies du fer chez l’homme, ont été clonés (Tableau I). C’est cette stratégie de clonage positionnel qui vient d’être utilisée par une équipe américaine pour identifier le gène responsable de la mutation frascati, frs, chez le poisson zèbre [2]. Les embryons mutants frs présentent, 36 h après fécondation, un compartiment érythropoïétique très largement diminué : ces embryons développent une anémie sévère par arrêt de la différenciation des érythrocytes au stade pro-érythroblaste. Le nombre d’embryons mutants qui se développent jusqu’à l’état adulte est très faible. Les rares survivants sont pâles, présentent un retard de croissance et une forte cardiomégalie, signes classiques d’insuffisance cardiaque. Le gène responsable de l’anomalie phénotypique du mutant frs code pour une protéine apparentée à la famille des transporteurs mitochondriaux SLC25 [3] et baptisée mitoferrine (mfrn) par les auteurs. L’ADNc pleine longueur de la mitoferrine a été cloné chez le poisson zèbre ; il code une protéine de 333 acides aminés d’une masse calculée de 37 kDa. Le gène mitoferrine s’exprime de façon abondante et spécifique dans la masse cellulaire intermédiaire de l’embryon de poisson (l’équivalent du sac vitellin extra-embryonnaire de mammifères). Cette expression embryonnaire est sous la dépendance du facteur de transcription Gata-1, facteur essentiel pour la régulation de l’érythropoïèse terminale. Dans le poisson zèbre adulte, on retrouve les transcrits mitoferrine dans le rein, site de l’hématopoïèse. Enfin, la distribution subcellulaire de la mitoferrine a été déterminée après transfection d’une protéine chimérique mitoferrine-GFP dans des cellules épithéliales humaines. Comme toutes les protéines de la famille SLC25, la mitoferrine est retrouvée dans la membrane interne des mitochondries. Pour valider l’effet perte de fonction de la mutation mitoferrine, des expériences classiques de sauvetage du phénotype (rescue) ont été réalisées par micro-injection d’ARNc sauvage chez les embryons mutants. Dans ces conditions, 50 % des embryons se développent normalement et présentent une hémoglobinisation identique à celle des embryons sauvages. À l’inverse, des expériences d’invalidation fonctionnelle de la protéine chez l’embryon sauvage montrent des résultats phénotypiques très similaires à ceux observés chez les embryons frs, à savoir une anémie hypochrome avec arrêt de la différenciation érythroïde. Chez la souris, l’expression du gène mitoferrine est exclusivement restreinte aux tissus hématopoïétiques, à savoir le foie foetal, la rate et la moelle osseuse. Un deuxième gène a été identifié, mitoferrine2, chez le poisson zèbre et les mammifères. Notons que l’expression du gène mitoferrine2 de souris est ubiquiste et que l’ARNc mitoferrine2 n’est pas capable de sauver le phénotype des embryons frs, soulignant l’absence de redondance fonctionnelle entre mitoferrine1 et 2 pour l’érythropoïèse. Pour établir le rôle exact de la mitoferrine, et donc le lien entre la perte de fonction de la protéine et l’acquisition du phénotype d’anémie du mutant frs, les auteurs ont établi une lignée de cellules ES (embryonic stem cells) déficientes en mitoferrine1 (cellules mfrn^-/-). …