Recherche : dans l'œil du poisson-zèbre

Un article sur un poisson, quelle idée ! Et pourtant, aussi étonnant que cela puisse paraître, le poisson-zèbre est devenu un organisme modèle de laboratoire important et ce en raison de certaines de ses caractéristiques physiologiques, proches de celles de l'Homme. Etudié pour la recherche contre le cancer notamment mais aussi en immunologie, en génétique ou encore pour les troubles du cerveau, le poisson-zèbre fait également l'objet de recherches en matière de vision. Direction l'Institut de la Vision, à Paris, qui lance ses premiers élevages.

Un poisson-zèbre adulte de 5 mois.

Originaire d'Asie et issu de la famille des cyprinidés, le poisson-zèbre (Danio rerio ou zebrafish) tire son nom de ses rayures longitudinales bleues métalliques et blanches/jaunes qui lui valent également le nom de poisson pyjama. Depuis la fin des années 1990, ce petit poisson tropical, d'à peine 4-5 cm de long au stade adulte et qui se reproduit en 2 à 3 mois, fascine la communauté scientifique et est devenu un organisme modèle des laboratoires.

Un atout pour la biomédecine

Pourquoi ? Notamment parce qu'il possède l'un des plus importants génomes pour un vertébré (26000 gènes codants). Si le poisson-zèbre semble a priori très éloigné de l'Homme, sa structure génétique - pour plus de 70% de ses gènes - a pourtant de nombreux équivalents directs avec le génome humain. Et ce ne sont pas ses seuls atouts : il dispose notamment de la faculté de régénérer indéfiniment ses membres et organes, depuis ses nageoires jusqu'à son cœur en passant par son œil, un phénomène surprenant dont les scientifiques ont déjà percé les secrets il y a plus d'une dizaine d'années... De plus, ses embryons se développent à l'extérieur de la femelle (sur un rythme de 200 œufs par semaine) et sont transparents dans les premiers stades de leur développement. Cette transparence, les chercheurs réussissent même à la conserver lorsque le poisson atteint l'âge adulte grâce quelques mutations génétiques. Pour les chercheurs, cela se traduit par un accès direct aux embryons sans manipulation ainsi qu'un suivi visuel direct des processus cellulaires, molléculaires, des virus ou protéines fluorescentes injectés, etc. sans avoir à procéder de chirurgie. Aussi, le poisson-zèbre prend peu de place, vit en banc et dispose d'excellentes et rapides capacités de reproduction, ce qui permet un élevage en laboratoire simple, rapide, à grande échelle et peu onéreux. Ainsi, les études et observations réalisées sur cet organisme permettent depuis plus de 20 ans de faire avancer l'état de nos connaissances sur les organismes vivants mais aussi de disposer d'un outil de modélisation pour l’organisme humain. Autant de qualités et d'atouts qui ont fait de lui une star dans les laboratoires, utilisé dans de nombreux domaines de recherche comme la cancérologie, la toxicologie, la génétique, les neurosciences, l'immunologie ou encore la vision.

Vue dorsale (en haut) et latérale (en bas) de larves de poisson-zèbre âgées de 5 jours. À ce stade très jeune, la petite larve a besoin de trouver et capturer sa nourriture et, en même temps, échapper aux prédateurs. Ces comportements très importants, nécessaires à sa survie, dépendent tous deux d'une bonne vision. La petite larve a, par rapport à sa taille, de très grands yeux, comme on peut le voir dans cette structure.

Un élevage de poissons à l'Institut de la Vision

En effet, l'autre atout essentiel du poisson-zèbre pour les chercheurs réside dans... ses yeux. Ce poisson tropical est très dépendant de ses bonnes fonctions visuelles, autant pour trouver de la nourriture que pour échapper à ses éventuels prédateurs. C'est pourquoi il fait l'objet de toutes les attentions pour tout ce qui a trait au système visuel. A Paris, l'Institut de la Vision, le centre international entièrement dédié à la recherche sur les maladies oculaires fondé par le Pr Sahel, a récemment accueilli le Dr Filippo Del Bene, “le” spécialiste du poisson-zèbre, celui qui, depuis ses études doctorales en 2000, n'a cessé d'étudier les nombreuses capacités de cet organisme. Après avoir observé la formation de l'œil de ce poisson durant son développement embryonnaire, Filippo Del Bene s'est attelé à comprendre comment le cerveau du poisson-zèbre interprétait les informations transmises par l'œil. A l'Institut de la Vision, le projet de Filippo Del Bene a d'ores et déjà reçu de nombreux partenariats et financements pour mettre en place une plateforme de poissons-zèbres, contenant plus de 1000 viviers ainsi que des aquariums individuels. Elle sera bien sûr mise à la disposition des chercheurs qui souhaiteraient étudier le poisson-zèbre. Surtout, à travers ce dispositif scientifique, Filippo del Bene pourra partager son savoir-faire, ses connaissances et compétences acquises tout en intégrant de nombreux projets collaboratifs.

Vue dorsale d'une larve de poisson zèbre où les neurones du cerveau expriment une protéine fluorescente verte qui peut changer son intensité de fluorescence en fonction de l'état d'activation de chaque neurone. Il est donc possible de suivre avec cette lignée transgénique l'activation neuronale alors que la larve de poisson zèbre est vivante et stimulée par des images visuelles dans son environnement.

Un poisson pour comprendre les pathologies oculaires

Des découvertes récentes en photonique - science qui étudie la production, la manipulation et la transmission de la lumière, visible ou invisible - ont permis de suivre neurone par neurone la propagation du signal physiologique de la rétine jusqu'à son interprétation sous forme d'image dans le cerveau. Une toute nouvelle technologie permet en effet d'activer et désactiver certains neurones sélectionnés optiquement pour comprendre leur rôle dans la fabrication des images. C'est également sur le poisson-zèbre qu'est utilisée cette nouvelle technologie, et ce lors de la reproduction de pathologies visuelles grâce à la technique génétique CRISPR/Cas9. Véritable révolution en matière de génétique, cette technologie est une méthode très efficace pour manipuler le génome. Ainsi, en modifiant la structure génétique du poisson-zèbre, l'objectif des équipes de l'Institut de la Vision est bel et bien de comprendre les processus et mécanismes physiopathologiques qui sont mis en place dans certaines maladies héréditaires de la rétine, l'amblyopie, l'albinisme ou encore les pathologies des mouvements oculaires. Désormais star des laboratoires de l'Institut de la Vision, le poisson-zèbre n'a décidément pas fini de faire parler de lui !

Vue dorsale du "tectum optique" d'une larve de poisson zèbre âgée de 5 jours exprimant différentes protéines fluorescentes de différentes couleurs avec la "technique de l'arc-en-ciel". Chez cet animal vivant, les cellules individuelles peuvent être visualisées in vivo grâce aux différentes couleurs. Le tectum optique chez le poisson est la partie du cerveau qui traite les informations visuelles provenant de l'œil.

Représentation schématique de la vue dorsale de la tête d'un poisson zèbre. Les deux principaux organes qui composent le système visuel sont les yeux et les deux moitiés du tectum optique. Les yeux reçoivent les informations visuelles et sont reliés au tectum optique par les axones qui forment le nerf optique (en rouge et vert).

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