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Tolérance à l’éthanol chez la mouche : identification du gène de la « gueule de bois » et de son rôle dans la réponse au stress

> Scholz H et al.
The hangover gene defines a stress pathway required for ethanol tolerance development
Nature 2005 ; 436 : 845-51


Aussi étonnant que cela puisse paraître, les drosophiles (mouches à fruits) sont un modèle d’étude des réponses comportementales à l’éthanol. Ainsi, l’exposition à l’éthanol entraîne une hyperactivité, une incoordination motrice, voire une sédation. Exposées à des vapeurs d’éthanol dans un appareil appelé « ébriétomètre » (colonne de verre, voir figure), les mouches mâles âgées de 3-4 j perdent le contrôle de leur posture et tombent au bas du tube en ~20 min. L’exposition répétée aux vapeurs d’éthanol induit une tolérance sauf chez les mouches présentant une mutation nouvellement identifiée par l’équipe californienne d’Ulrike Heberlein. En effet, lorsque les mouches sont réexposées à des vapeurs d’éthanol 4 h après la première exposition le temps moyen d’élution (TME) dans la colonne n’est plus de ~ 20 min, mais passe à ~ 28 min, signant ainsi le développement d’une résistance acquise ou tolérance. Cette tolérance à l’éthanol est corrélée à une augmentation des doses d’éthanol nécessaires pour induire une perte de contrôle postural et se mesure ici comme le pourcentage d’augmentation (environ 35-40 % aux concentrations standard d’éthanol) du TME entre la première et la deuxième exposition.
Dans la présente étude, 404 lignées de mouches ont été générées (mutants induits par insertion d’élément P) et testées pour leur tolérance à l’éthanol. Une souche de mutant, la AE10, présente un TEM initial normal mais une capacité réduite à développer une tolérance (14 % d’augmentation du TME à la deuxième exposition comparativement à 35 % d’augmentation pour les contrôles). Cette souche a été nommée « gueule de bois » (hangover, « hang ») par les auteurs. Le déficit de tolérance chez la souche hangAE10 n’est pas simplement lié à une modification de la vitesse d’acquisition de la tolérance, puisque les mouches mutantes ont également une réponse altérée lorsqu’elles sont testées dans un paradigme qui induit une tolérance maximale avec plusieurs expositions à l’éthanol consécutives.Les auteurs ont aussi vérifié que cette altération de la tolérance chez les mouches hang n’est pas liée à une altération de l’absorption d’éthanol et du métabolisme.L’élément P chez les mouches hang est inséré dans un nouveau gène : CG32575 qui code pour une protéine avec 15 domaines de liaison à l’ADN en doigt de zinc ; et c’est bien cette insertion qui génère le phénotype car l’excision précise de ce transposon rétablit la même tolérance que celle observée chez les mouches sauvages. Des expériences d’immunohistochimie et de Northern blot ont permis de mettre en évidence que la protéine HANG est ubiquitaire dans le système nerveux central des mouches et que les mouches hang sont en fait des mouches mutantes nulles (knockout) pour ce gène, car ni la protéine ni les ARN messagers codant pour cette protéine ne sont retrouvés chez elles. La réintroduction de ce gène (transgène) chez les mouches mutées restaure une tolérance normale à l’éthanol. De manière intéressante, l’éthanol à fortes concentrations induit des réponses similaires à celles engendrées par un choc thermique, avec notamment l’induction de la « heat-shock protein 70 » et lorsque les mouches hangAE10 sont soumises à un choc thermique (37 °C, 30 min) puis à des vapeurs d’éthanol 4 h après ce choc, la tolérance à l’éthanol est très réduite (26 % d’augmentation du TME) comparativement aux mouches contrôles qui elles présentent une tolérance « croisée » choc thermique-éthanol (avec une augmentation de ~ 48 % du TME).
La même équipe avait déjà montré que les mouches n’exprimant pas le neuromodulateur octopamine (mutées pour le gène codant pour la tyramine bêta hydroxylase, Tbh) présentent également une diminution de la tolérance à l’éthanol. L’obtention de mouches doubles mutantes à la fois pour Tbh et hang a permis de montrer que l’absence des deux protéines abolit presque totalement la tolérance à l’éthanol, suggérant ainsi que le développement de la tolérance à l’éthanol implique les deux voies moléculaires. La voie octopaminergique est spécifique de la tolérance à l’éthanol car les mouches Tbh développent une tolérance croisée normale alors qu’elle est altérée chez les mouches hang ou doubles mutées Tbh hang. Enfin, les mouches hang semblent déficientes plus globalement dans leur capacité à répondre aux stress environnementaux car, contrairement aux mouches contrôles et Tbh, leur survie est diminuée par le paraquat (inducteur d’espèces réactives de l’oxygène) tout comme leur espérance de vie. L’ensemble de ces résultats montre que le développement de la tolérance à l’éthanol chez la drosophile engage deux systèmes fonctionnant en parallèle, le premier impliquant une voie cellulaire du stress avec le gène hang, et l’autre impliquant l’octopamine qui jouerait un rôle dans la mémoire ; corrélation troublante avec les mécanismes potentiellement impliqués dans l’addiction chez les mammifères.

M. Naassila, PhD
mickael.naassila@u-picardie.fr
Groupe de Recherche sur l’Alcool et les Pharmacodépendances (GRAP), JE 2462, Amiens