Outils personnels
Espaces de noms

Variantes
Actions

Rat Behavior and Biology : Un hybride de rat-souris est-il possible ?

Aller à : Navigation, rechercher
Un hybride de rat-souris est-il possible ?
(http://www.ratbehavior.org/RatMouseHybrid.htm)


Auteur original : Anne Hanson (11 août 2005)
Traduction : Cécile Voisin (20 septembre 2011)
Correction : Charlotte Dumartin, Estelle Deyrieux et Laura De Paepe
Retouche d'image : Keikira


Sommaire

Résumé

Un hybride est la progéniture de deux espèces différentes. Un hybride de rat-souris est-il possible ?

Pour faire court, non.

Les rats et les souris ne sont pas assez proches. En temps normal, les rats et les souris ne seront pas attirés l’un vers l’autre et ne se reproduiront pas. Même si le spermatozoïde de l’un et l’ovocyte de l’autre sont mélangés artificiellement, il n’y aura pas de fécondation : l’ovocyte de l’un ne laissera pas entrer le spermatozoïde.

Ces barrières naturelles peuvent être surmontées en laboratoire, au moins pour le début. De telles tentatives résultent en un embryon hybride qui meurt après quelques divisions cellulaires.

Par exemple, la barrière protectrice de l’ovocyte peut être retirée, permettant au spermatozoïde de l’autre espèce d’y avoir accès. Le spermatozoïde peut également être directement injecté dans l’ovocyte. Une fois cela effectué, la fécondation a lieu. Toutefois, l’embryon hybride n’est pas viable. Habituellement, il effectue une division cellulaire, donnant un embryon à deux cellules, puis il dégénère.

Une autre technique implique de retirer le noyau (qui contient la majorité de l’ADN) d’un ovocyte de souris et de le remplacer par un noyau d’ovocyte de rate. L’embryon obtenu possède 100 % de l'ADN du noyau de rate, enfermé dans un ovocyte de souris, avec tout son contenu cellulaire (cytoplasme). Ces hybrides par transplant nucléaire vivent parfois jusqu’au stade 2 cellules puis dégénèrent. Le noyau de rate et le cytoplasme de souris sont fondamentalement incompatibles.

Des embryons précoces peuvent également être mélangés, créant des chimères. Ces embryons sont seulement de minuscules grappes de cellules non-différenciées. Les chimères sont habituellement créées par la combinaison de deux embryons précoces, conduisant à un seul embryon. L’individu obtenu est le rassemblement de deux groupes de cellules, chacun d’eux descendant d’un des deux ovules. Des créations de chimères ont été tentées entre plusieurs espèces, dont le rat et la souris. Elles ont été créées en mélangeant des embryons précoces de rat et de souris. Les chimères obtenues se sont développées normalement in vitro, mais lorsqu'elles ont été insérées dans un hôte hormonalement préparé elles ont disparu peu de temps après l'implantation.

Cependant, dans un cas, en utilisant une technique différente, quelques-uns des embryons chimères ont été implantés avec succès. Ils se sont développés avec succès in vivo pendant une semaine environ, avant d’être retirés et examinés. Les chercheurs ont observé que les cellules de souris avaient pris l’avantage : les cellules de souris dominaient l’embryon et les cellules de rat s'étaient raréfiées.

Des chimères secondaires sont créées en implantant des cellules, des organes ou des tissus d’une espèce dans une autre. Cette procédure (appelée xénogreffe) est souvent utilisée avec succès en laboratoire. Par exemple, de la moelle osseuse de rat peut être injectée à une souris immunosupprimée, où elle s'établit et produit des globules blancs. Ou un morceau de peau de rat peut être greffé sur une souris immunosupprimée. Ces souris avec des transplants de rat ont des cellules des deux espèces, et par conséquent concordent avec la définition de chimère, mais elles ne sont pas techniquement des hybrides.

Deux techniques additionnelles méritent d’être mentionnées : la création de rats transgéniques et de lignées cellulaires hybrides rat-souris.

Les rats transgéniques sont des individus qui portent un gène d’une autre espèce. Le gène étranger est inséré dans l’ovule de la rate, et le rat issu porte le nouveau gène dans chacune de ses cellules. Beaucoup de types d’animaux transgéniques ont été produits, dont des rats portant un gène de souris. Le génome de ces rats transgéniques est presque 100 % rat, bien entendu, puisqu’ils ne portent qu’un ou quelques gènes d’une autre espèce.

Pour finir, des lignées cellulaires hybrides peuvent être créées en laboratoire en fusionnant des cellules des deux espèces et en maintenant les cellules obtenues dans un milieu de culture. De nombreuses cellules hybrides comme celles-ci ont été créées, dont des lignées cellulaires rat-souris. Cependant, ces cellules n’évolueront pas pour devenir un individu hybride.

Les rats et les souris s'accouplent-ils naturellement ?

Rb XHeart.jpg

Non. Les rats et les souris sont deux espèces différentes. En temps normal, ils ne sont pas attirés l’un vers l’autre, et ne s'accouplent pas. En effet, les rats sont parfois les prédateurs des souris et peuvent les tuer puis les manger (muricide).

Fécondation in vitro : mélanger des ovocytes de rate avec des spermatozoïdes de souris

Figure 1. Les ovocytes d'une espèce refusent l'entrée aux spermatozoïdes d'une autre.

Et que se passerait-il si la barrière de la reproduction était surmontée et que les spermatozoïdes de rats et les ovocytes de souris, ou vice versa, étaient mélangés dans une boîte de pétri ? Est-ce que les spermatozoïdes de l’une des espèces fertilise l’ovocyte de la seconde, créant ainsi un hybride ?

Non. Les ovocytes de toutes les espèces possèdent une barrière protectrice (appelé zone pellucide) qui empêche l’entrée des spermatozoïdes d’autres espèces. La barrière protectrice est couverte de "serrures" qui ne s’ouvrent que grâce à un seul type de "clé", portée par les spermatozoïdes de la même espèce. Si la clé du spermatozoïde ne rentre pas dans la serrure de l’ovocyte, l’ovocyte ne laissera rien rentrer.

Seuls les spermatozoïdes de la même espèce peuvent pénétrer la barrière protectrice afin de fertiliser l’ovocyte. Dans de rares cas, deux espèces très proches possèdent des serrures et des clés si similaires que parfois la clé du spermatozoïde réussit à entrer dans la serrure de l’ovocyte, et une fécondation inter-espèce a lieu. Par exemple, les chevaux et les ânes sont assez proches pour se reproduire, donnant naissance à une mule (pour plus d’information, voir la page hybridation). Mais les rats et les souris ne sont pas des espèces assez proches. Donc les gamètes des rats et des souris mis ensemble dans une boîte de pétri ne bougeront pas : l’ovocyte refusera l’entrée aux spermatozoïdes, et aucune fécondation n’aura lieu. (Fig. 1).

Contourner la barrière protectrice de l’ovocyte

Que se passe-t-il quand la zone pellucide de l’ovocyte, sa barrière protectrice, est contournée ? Cela est possible (1) en retirant la barrière protectrice, ou (2) par l’injection d’un spermatozoïde dans l’ovocyte.

Retirer la barrière protectrice

Des ovocytes de rate dont la zone pellucide a été retirée peuvent être fertilisées par un spermatozoïde de souris, mais le croisement inverse de sperme de rat et d’ovocyte sans zone pellucide de souris ne résulte que rarement en fécondation (moins de 5 % de réussite). (Hanada et Chang, 1972).

Thadani (1980) a découvert que des spermatozoïdes de souris ont fertilisé avec succès des ovocytes de rats sans zone pellucide, et que les embryons obtenus ont passé les premières étapes d’un développement normal : ils ont complété une méiose, et certains d’entre eux ont passé la première division cellulaire, formant ainsi un embryon à deux cellules. Ensuite, ces embryons dégénèrent, bien que cela puisse être dû au milieu de culture de l'époque qui étaient inadéquats. (Kishi et al.[/i] 1991) (Fig. 2).

Figure 2. Un spermatozoïde de souris fertilise un ovocyte de rate n'ayant plus de barrière protectrice (la zone pellucide). L'embryon hybride résultant meurt après une division cellulaire, au stade deux cellules. Le croisement inverse (spermatozoïde de rat + ovocytes sans zone pellucide de souris) entraîne rarement une fécondation.

Injection d'un seul spermatozoïde dans l’ovocyte

Thadani (1979, 1980) a injecté un unique spermatozoïde de souris dans un ovocyte de rate (voir aussi Witkowska 1982). Comme pour les embryons hybrides sans zone pellucide, certains de ces embryons ont survécu au stade deux cellules, puis ont dégénéré. (Fig. 3)

Le croisement inverse, en injectant un spermatozoïde de rat dans un ovocyte de souris, ne fonctionne pas puisque les ovocytes de souris sont facilement endommagés par les aiguilles (Market 1983, Mann 1988).

Figure 3. Un spermatozoïde de souris injecté dans une ovocyte de rate entraîne une fécondation. L'embryon hybride résultant meurt après une division cellulaire, au stade deux cellules. Le croisement inverse (un spermatozoïde de rat dans un ovocyte de souris) ne fonctionne pas car les ovocytes de souris sont facilement endommagés par les aiguilles.

La transplantation nucléaire : remplacer un noyau d'ovocyte de souris avec par un noyau d'ovocyte rate

Dans la transplantation nucléaire, le noyau (le centre d’une cellule qui contient la majorité de L’ADN) est extrait d’un ovocyte non-fécondé et remplacé par le noyau d’une autre cellule. L’ovocyte avec son nouveau complément d’ADN est ensuite activé artificiellement et commence à se diviser. C’est la technique qui a été utilisée pour créer le mouton cloné nommé Dolly : le noyau a été retiré de l’un des ovocytes et remplacé par le noyau d’une cellule de sa glande mammaire.

Est-il possible de retirer le noyau d’un ovocyte de souris et de le remplacer par le noyau d’un ovocyte de rate ?

Waksmundzka (1994) a transplanté des noyaux d'ovocytes de rates dans des ovocytes de souris. Ils se sont développés jusqu’au stade 1 ou 2 cellules puis ont dégénéré (Fig 4).

Figure 4. Le noyau d'un ovocyte de rate est placé dans un ovocyte énucléé de souris. L'ovocyte hybride résultant est activé artificiellement. L'ovocyte hybride peut commencer à se diviser, mais meurt après une division cellulaire, au stade deux cellules.

Lorsque le noyau de souris n’était pas d'abord retiré, et le noyau de rate inséré à côté, les embryons atteignaient les stades 5 ou 8 cellules, puis dégénéraient. L’auteur en a conclu qu’il y avait une incompatibilité entre le noyau et le cytoplasme des deux espèces, dès le début du développement.

Figure 5. Le noyau d'un ovocyte de rate est placé à l'intérieur d'un ovocyte de souris. L'embryon hybride résultant est activé artificiellement. Cet embryon hybride atteint le stade 5 ou 8 cellules, puis meurt.

Les chimères : fusionner des embryons de rats et de souris

Une chimère est un organisme qui a des populations cellulaires génétiquement différentes, émanant de plus d’un ovule.

Voilà comment cela fonctionne : juste après la fécondation, le nouvel ovule à une cellule se divise en deux cellules, puis en 4, puis en 8. À ce stade peu avancé, l’embryon est une microscopique boule de cellules non différentiées, appelé blastomère. Cette boule continue à se diviser, et lorsqu'elle atteint le stade 16 cellules, elle est appelé morula. La morula continue à se diviser et devient une sphère de cellules autour d’un milieu vide, appelée blastocyste. La blastocyste a deux types de cellules : une couche supérieure et une goutte de cellules accrochée à l’intérieur de la paroi (appelée "masse cellulaire interne"). Cette masse cellulaire se développe dans l’embryon lui-même, la couche externe devient une partie du placenta.

Au stade blastomère, l’embryon est très résistant aux additions ou aux soustractions de cellules. Par exemple, il peut être coupé en deux, avec quelques cellules dans une grappe et quelques cellules dans l'autre. Ces deux grappes, si elles sont implantées dans un utérus hormonalement préparé de la même espèce, grandissent en deux individus génétiquement identiques. Cette séparation peut arriver naturellement, produisant des jumeaux identiques.

Figure 6. Souris chimérique d'un embryon de souris tan et d'un embryon de souris noire. Labos Charles River

Il est également possible de prendre deux embryons de stade précoce et de les presser doucement ensemble (méthode agrégative), ou d’injecter des cellules de l’un au milieu d’un blastocyste (méthode injective). À partir de ce moment, il n’y a qu’une seule minuscule boule de cellules. Ce nouvel embryon combiné va grandir en un seul individu appelé chimère primaire. La moitié de ses cellules vient de l’ovule fécondé, et la seconde moitié provient de l’autre ovule. Ce procédé est plus communément utilisé au sein d’une même espèce. Par exemple, deux embryons de souris peuvent être combinés pour former une souris chimérique (Fig 6). La souris chimérique porte deux types de cellules, issues de chacun des embryons.

Très rarement, des chimères peuvent apparaître naturellement, y compris chez les êtres humains (e.g. Fitzgerald et al. 1979, Iselius et al. 1979, Mayr et al. 1979, Repas-Humpe et al. 1999, Strain et al. 1998, Verp et al. 1992).

Et qu’en est-il des chimères créées entre deux embryons de différentes espèces ?

Des chimères ont été créées entre la souris domestique (Mus musculus) et une très proche cousine, la souris asiatique (Mus caroli, également connue sous le nom de souris de Ryukyu). Ces espèces ne s'accouplent normalement pas entre elles, mais des descendants stériles peuvent être créés à faible taux par insémination artificielle (Rossant et al. 1983). Les embryons chimériques grandissent et s’implantent avec succès dans l’utérus, arrivent à terme, naissent vivants et deviennent des adultes fertiles. Ces individus ont approximativement le même nombre de cellules provenant de la souris domestique que de la souris asiatique (Konyokhov 1986, Rossant et Frels 1980, Rossant 1985, Rossant et Chapman 1983, Rossant et al. 1993). Des chimères ont également été créées entre des moutons et des chèvres (e.g. Fehilly et al. 1984, Polzin et al. 1987, MacLaren et al. 1993).

Une chimère peut-elle être produite à partir d'embryons de souris et de rats ?

Des embryons chimériques entre souris (Mus musculus) et rats (Rattus norvegicus) ont été crées plusieurs fois via la méthode agrégative (Mulnard 1973, Stern 1973, Zeilmaker 1973, Rossant 1976, Tachi et Tachi 1980). Certains des embryons se sont développés normalement in vitro jusqu'au stade blastocyste. Cependant, lorsqu'ils ont été implantés dans des utérus hormonalement préparés de souris ou de rats ils sont morts au moment de l'implantation ou peu après (Rossant 1976, Tachi et Tachi 1980) (Fig. 7).

Figure 7. Création de chimères rat-souris en utilisant la méthode agrégative. Un embryon de rat à 8 cellules et un embryon de souris à 8 cellules sont serrés ensemble pour former un embryon à 16 cellules. L'embryon se développe normalement in vitro jusqu'au stade blastocyste, mais meurt lors de l'implantation dans l'utérus d'une souris ou d'un rat.
]

Des embryons chimériques ont aussi été créés en utilisant la méthode injective. 28 sur 56 se sont développés normalement jusqu'à l'âge total de 7,5 à 9,5 jours. À des stades ultérieurs de développement, les cellules de souris ont semblé avoir un avantage sélectif : elles parviennent à dominer l'embryon, alors que les cellules de rat deviennent rares. Les embryons ont été tués et examinés 7 jours après le transfert, et neuf d'entre eux se trouvaient être des chimères. Quatre ont été examinés pour connaitre le pourcentage de cellules de souris vs. cellules de rats, et trois d'entre eux avaient une prédominance de cellules de souris (67 % à 97 %) alors qu'un seul était majoritairement rat (78 %) (Gardner et Johnson 1973) (Fig. 8).

Figure 8. Création de chimères rat-souris en utilisant la méthode injective. Des cellules d'un jeune embryon de rat sont injectées dans la cavité d'un blastocyste de souris. L'embryon chimérique résultant s'implante et se développe normalement pendant 7,5 à 9,5 jours. Une lignée cellulaire parvient à dominer chaque embryon : la plupart des embryons résultants sont majoritairement souris, un embryon était majoritairement rat.

Transplants : la chimère secondaire

Les cellules ou organes d'une espèce peuvent être injectés ou transplantés dans un animal d'une autre espèce. Les animaux résultants ont des cellules venant d'organismes différents, et sont appelés chimères secondaires.

Par exemple, des souris avec des systèmes immunitaires déprimés ont reçu par injection de la moelle osseuse de rat (e.g. French et al. 1992, Spach et al. 1995, Balazs et al. 1998), ou de la moelle osseuse humaine (Böcher et al. 1999). La moelle osseuse s'établit et produit normalement des globules blancs. Une souris sévèrement immuno-déprimée tolérera aussi le transplant d'un organe d'une autre espèce, tel que la peau, le cartilage, les plumes, ou un morceau d'os.

Ces souris avec des transplants de tissu de rat ont des cellules des deux espèces, et rentrent donc dans la définition d'une chimère, mais techniquement ce ne sont pas des hybrides.

Figure 9. Les chimères secondaires sont le résultat de transplants de tissus. Une souris avec un transplant de moelle osseuse de rat est une chimère secondaire.

Rats transgéniques

Un animal transgénique est un animal qui a été modifié par insertion artificielle d'un gène dans son génome au début du développement, de manière à ce que toutes ses cellules contiennent le nouveau gène et qu'il puisse passer le nouveau gène à sa progéniture (voici comment). Le nouveau gène peut être de la même espèce que l'hôte, mais il provient fréquemment d'une espèce différente.

Par exemple, des chercheurs de Nexio Biotechnology ont inséré le gène de la soie d'araignée dans un ovocyte de chèvre. La chèvre transgénique résultante portait le gène de la soie d'araignée dans chacune de ses cellules. Le gène s'exprimait dans la glande mammaire et produisait de la soie d'araignée (références de Nexia).

Un énorme nombre de lignées de rats transgéniques ont été créées, dont des rats transgéniques portant des gènes de souris (Fig. 10). Par exemple, Mullins et al. (1990) ont créé un rat transgénique portant le gène Ren-2 des souris, et Alhonen et al. (2000) ont créé un rat transgénique possédant le gène SSAT.

Figure 10. Création d'un rat transgénique. Un gène de souris est inséré dans un ovocyte de rate. L'ovule de rate se développe en rat qui porte un gène de souris.

Des gènes humains ont aussi été insérés dans des rats. Par exemple, Howland et al. (2002) ont inséré le gène SOD1 dans des rats pour étudier la maladie de Charcot. Asamoto et al. (2002) ont créé des rats transgéniques avec un proto-oncogène humain.

Le nombre de lignées transgéniques est énorme est bien au-delà du domaine de ce site. L'Université de Washington produit à elle seule 50 à 60 nouveaux types de souris transgéniques par an. Voici des lectures supplémentaires :

Lignées cellulaires hybrides

Il est possible de créer des lignées cellulaires (populations de cellules qui vivent pendant des générations dans une boîte de pétri) qui contiennent de l'ADN de différentes espèces. Ces lignées cellulaires hybrides sont construites en fusionnant des cellules de différentes espèces et en maintenant les cellules fusionnées résultantes et leurs descendants dans un milieu de culture.

Beaucoup de ces lignées cellulaires hybrides ont été créées, telles que les rat-souris (e.g. Helou et al. 1997) (Fig. 11), canidé-rongeur (e.g. Langston et al. 1997), humain-vache (van Olphen et Mittal 2002), humain-souris, humain-hamster (Geard et Jenkins 1995), vison-hamster, hamster-poulet, et ainsi de suite. Elles sont conservées dans des banques cellulaires et sont fréquemment utilisées pour la recherche.

Figure 11. Création de lignées cellulaires rat-souris hybrides. La cellule d'une espèce est fusionnée avec la cellule spécialement préparée d'une autre espèce (une "cellule immortelle"), produisant une lignée cellulaire fusionnée avec des ensembles d'ADN des deux espèces. Les cellules hybrides résultantes ne peuvent pas se développer en individus. Elles sont maintenues dans des boîtes de pétri et sont utilisées pour la recherche.

De telles cellules hybrides perdent parfois les chromosomes de l'une des espèces participantes, ou les réarrangent ou suppriment des parties d'eux, et des études sont conduites pour déterminer quels chromosomes ont été conservés dans une lignée cellulaire hybride particulière (e.g. Helou et al. 1998). Cette tendance des lignées cellulaires hybrides à effacer les chromosomes d'une espèce a été utilisée pour cartographier les gènes sur les chromosomes (Ruddle 1972).

Ainsi, les lignées cellulaires hybrides, formées par la fusion de deux cellules d'espèces différentes, peuvent être maintenues dans un milieu artificiel. Cependant, ces cellules ne deviendront pas un organisme hybride.

  • Entretien et culture de lignées cellulaires hybrides, par GMP Genetics (pdf)