Introduction au poisson-zèbre: Danio rerio

Les Danio rerio, zebrafish ou poisson-zèbre, sont de petits poissons qui font un grand splash en recherche biomédicale. Le poisson-zèbre pond des centaines d’oeufs dont le développement est externe, ce qui permet aux scientifiques de réaliser des manipulations génétiques et de surveiller les phénotypes primitifs dans un organisme complexe. Puisqu’ils partagent beaucoup de leur génome avec les humains, la recherche sur les poissons-zèbres nous aide à comprendre et traiter des maladies chez l’homme. Cette vidéo donne une vue d’ensemble des poissons-zèbres, les caractéristiques qui en font de bons modèles, et quelques unes de leurs utilisations au labo aujourd’hui.

Avant que nous parlions de toute cette science de poisson, faisons connaissance avec le poisson-zèbre. Comme les souris et les humains, les poissons-zèbres sont vertébrés, ce qui signifie qu’ils ont une colonne vertébrale.

Précisément, les poissons-zèbres sont des poissons osseux dans la classe des Actinoptérygiens, caractérisés par la présence de raies osseuses dans leurs nageoires. Plus précisément, le poisson-zèbre appartient à la plus grande famille des vertébrés – celle des Cyprinidés - qui contient plus de 2400 espèces, incluant l’adorable poisson rouge.

Les Danio rerio sont parmi les plus petits membres de cette famille, avec des adultes mesurant 30 à 40 millimètres de long, ou environ 1,5 pouces. Les poissons-zèbres sont ainsi appelés parce qu’ils ressemblent à des zèbres. Enfin, pas tout a fait... Le nom vient des lignes en forme de torpille le long de leur corps.

Les poissons-zèbres sont originaires de la région de l’Himalaya, où ils vivent parmi les corps lents d’eau douce. Cependant, vous n’avez pas besoin de voyager très loin pour les trouver, car les Danios sont des poissons robustes qui sont tres communs dans les aquariums domestiques.

Le cycle de vie du poisson-zèbre se divise en 4 principaux stades de développement : Embryon, larve, jeune et adulte. Le cycle commence lorsque les oeufs et le sperme sont relâchés par une paire d’accouplement. Après fécondation, les premiers stades de développement ont lieu rapidement, avec l’éclosion des embryons en larves dans les 3 jours après fécondation, ou « dpf » pour « days post fertilization » en anglais. A partir de ce moment, l’évolution en un adulte sexuellement mûr requiert deux à trois mois supplémentaires.

Maintenant que nous en savons un peu plus sur le poisson-zèbre sauvage, voyons pourquoi ils ont une telle valeur au labo. Premièrement, le poisson-zèbre peut être hébergé avec une grande densité de camarades et il est facile d’en prendre soin, ce qui le rend moins cher à entretenir que d’autres modèles vertébrés.

Ensuite, le poisson-zèbre est extrêmement fertile. Les adultes femelles peuvent pondre des centaines d’oeufs par semaine.

Le développement externe des embryons de poisson-zèbre est extrêmement pratique, grâce à la facilité avec laquelle l’expression du gène peut être manipulée par des techniques de microinjection. De plus, puisque les embryons sont transparents, les processus de développement précoce peuvent être observés à l’intérieur de l’organisme vivant.

Surtout, le poisson-zèbre possède aussi un haut degré de conservation des ressources génétiques avec les vertébrés supérieurs, humains inclus. Le génome du poisson-zèbre contient 25 chromosomes et 1,5 milliard de paires de base, ce qui est environ la moitié de la taille du génome humain. Toutefois, approximativement 70% de tous les gènes humains, et 80% de tous les gènes relatifs aux maladies humaines connues ont au moins un équivalent poisson-zèbre.

Maintenant que vous savez pourquoi les zebrafish sont de bons organismes modèles, regardons comment ils ont gagnés leurs galons au labo. Dans les années 70, George Streisinger inventa la modélisation du poisson-zèbre. En ce temps là, plusieurs groupes investiguaient la base génétique du développement des mouches et des vers. En tant qu’amateur de poisson, Streisinger reconnu le potentiel du poisson-zèbre comme modèle vertébré du développement. Streisinger développa les techniques pour créer des embryons « gynogénétiques », dont le matériel génétique dérive entièrement de la mère, réduisant par conséquent le nombre de générations requis pour obtenir des mutants homozygotes.

Ce ne fut pas avant 1995 que Charles Kimmel et ses collègues contribuèrent à une caractérisation approfondie du développement du poisson-zèbre normal au terrain.

Un an plus tard, Christiane Nusslein-Volhard, Mark Fishman et Wolfgang Driever publièrent les résultats du premier inventaire génétique vertébré à grande échelle, qui fut réalisé à Boston, Massachusetts et à Tubingen en Allemagne. Modélisé suite au travail de Nusslein-Volhard sur la Drosophile, cet inventaire du poisson-zèbre fut créé pour identifier les gènes requis par le développement embryonnaire. Les résultats incluaient un catalogue de plus de 2000 poissons-zèbres mutants. Les analyses de ces mutants nous ont depuis enseigné énormément à propos de notre propre biologie.

En 2005, Keith Cheng et ses collègues clonèrent sic24a5 : le gène responsable d’une pigmentation anormale chez le mutant zebrafish doré. Le phénotype doré a permis à Cheng de découvrir que ce gène particulier est requis dans les cellules de peau du poisson et de l’homme pour la synthèse du pigment de mélanine, et que des modifications dans la protéine sont fermement liées aux variations naturelles de la couleur de la peau humaine.

En 2011, les chercheurs du labo Leonard Zon ont utilisés des embryons de poisson-zèbre pour identifier un nouveau traitement thérapeutique pour mélanome. Dans un inventaire chimique, ils ont découvert une classe de drogues, incluant le Leflunomide, qui ralentit la croissance des cellules qui contribuent au mélanome. Dorénavant en essais cliniques, le Leflunomide est un exemple de nouveaux traitements thérapeutiques probablement découverts dans des inventaires à hauts débits de zebrafish.

Apres cet aperçu de la valeur du poisson-zèbre, regardons quelques unes des applications pour lesquelles les poissons sont utilisés dans les labos aujourd’hui.

Pour commencer, les poissons-zèbres sont très utiles pour modéliser les maladies héréditaires humaines. Les états pathologiques peuvent être facilement reproduits par microinjection des embryons primitifs pour altérer l’expression de protéines. Ceci peut aussi être réalisé par des mutants génétiques, comme ce modèle de dystrophie musculaire de Duchenne, qui montre une réponse anormale au touché.

Puisque leur système d’immunité inné se développe pendant les premiers jours après fécondation, les embryons de zebrafish sont aussi utiles pour la recherche sur les maladies infectieuses. Dans cette étude, les bactéries étaient injectées dans le flux sanguin, et la réponse de l’hôte fut visualisée en temps réel en utilisant des lignes transgéniques avec des macrophages fluorescents.

Grâce à leur transparence, les embryons de poisson-zèbre sont aussi disposés à une technique de neuroscience de pointe appelée optogénétique. Ces chercheurs conçoivent un embryon qui exprime une protéine dans des neurones isolés, ce qui leur permet d’activer optiquement la cellule et de déterminer ses fonctions spécifiques dans un circuit neuronal.

Vous venez de regarder l’introduction de JoVE au poisson-zèbre, Danio rerio. Dans cette vidéo, nous avons démontré que le poisson-zèbre est un organisme modèle vertébré avec beaucoup des avantages des systèmes invertébrés. Dans le futur, les poissons-zèbres joueront probablement un rôle significatif dans l’amélioration de notre compréhension des maladies humaines, et dans notre découverte de traitements thérapeutiques cliniquement utiles. Merci de nous avoir regardé !