II. Classification et histoire évolutive des récepteurs de la dopamine :

II.B. Histoire évolutive des récepteurs de la dopamine :

II.B.1. Les méthodes d'analyse évolutive

II.B.2. L'évolution des cordés

II.B.3. Histoire évolutive des récepteurs D1 chez les vertébrés :

Comprendre quelles sont les contraintes qui sont à l'origine de la structure et la de fonction des récepteurs couplés aux protéines G permet de rendre compte des raisons physiologiques de leur diversité moléculaire. Pour obtenir la vision la plus précise possible de ces phénomènes, il est nécessaire d'isoler les classes et sous-types dans le plus grand nombre d'espèces représentatives de l'évolution des vertébrés.

A l'heure actuelle, une telle étude n'a été développée qu'en partie pour les récepteurs b-adrénergiques et dans notre laboratoire pour les récepteurs D1 de la dopamine. Certains résultats partiels obtenus pour d'autres récepteurs permettent de confirmer nos conclusions. Si l'on remonte à l'origine des récepteurs des bioamines, il semble que l'on retrouve, soit des récepteurs crées de novo à partir de duplication de gène en même temps que l'apparition des vertébrés, soit des récepteurs ayant divergé à partir d'une forme présente chez les invertébrés (Figure 8). Le calcul des distances phylogénétiques révèle deux périodes majeures dans l'évolution des récepteurs des bioamines. La première apparaît avec la séparation des arthropodes des vertébrés au précambrien et correspond à l'apparition des principaux sous-types de récepteurs des bioamines. La seconde est apparue il y a 400 millions d'années et aurait accompagné la céphalisation du système nerveux des vertébrés.



Figure 8 : Arbre phylogénétique simplifé des récepteurs des monoamines couplés aux protéines G (d'après Valdenaire et Vernier, 1997). Les séquences choisies pour cet alignement sont majoritairement humaines appartenant aux principaux groupes de récepteurs aux bioamines. Les grandes classes et sous-classes de récepteurs sont indiquées à droite. Toutes les branches incluses dans la boîte grise n'ont pas de position robuste et l'on ne peut donc pas en déduire les relations réelles entre groupes. Ainsi, un certain nombre de séquences d'invertébrés ne peuvent pas être situées avec certitude. Les classes de récepteurs qui fixent le même ligand ne sont pas plus proches entre elles qu'avec les autres classes de récepteurs des monoamines.


Comme nous l'avons vu, la structure et les fonctions des deux grandes classes de récepteurs de la dopamine D1 et D2 sont très dissemblables. Chacune de ces classes est issue d'un gène ancestral différent (Fryxell, 1995), et l'organisation génique vient renforcer cette idée. La capacité commune à fixer la dopamine est une propriété acquise plus tard au cours de l'évolution de ces récepteurs. Cette propriété convergente est obtenue de façon indépendante sans qu'il soit possible de donner une date dans l'apparition de cette capacité (Vernier et al., 1995). L'observation d'arbres phylogénétiques de l'évolution des récepteurs couplés aux protéines G montre ainsi que ces deux classes de récepteurs ne sont pas plus proches l'une de l'autre que des autres types de récepteurs (Vernier et al., 1993).

L'absence d'intron et le nombre de plus en plus important d'espèces pour lesquelles les séquences des récepteurs D1 sont connues (Tableau 2) nous a conduit à nous intéresser à l'apparition des différents sous-types du récepteur D1 chez les vertébrés. La phylogenèse des récepteurs D1 et les mécanismes évolutifs que l'on peut en déduire ont été étudiés en détail chez les craniâtes en comparant le nombre et la nature des gènes codant pour les récepteurs de la classe D1 (Figure 9). Deux principales étapes de duplication de gènes ont produit les trois sous-types majeurs (D1A, D1B et D1C) présents chez tous les vertébrés à mâchoires (Gnathosotomes), à l'exception des mammifères (Cardinaud et al., 1998).

Ces duplications sont survenues avant l'apparition des premiers gnathostomes représentés par les poissons cartilagineux (Chondrichtyens). La première duplication reste difficile à dater avec précision. En effet, les myxines, dont on admet aujourd'hui que les ancêtres sont apparus avant ceux des lamproies (Zimmer, 2000), possèdent deux gènes codant des récepteurs D1. L'un de ces gènes ressemble clairement au sous-type D1A commun aux gnathostomes alors que l'autre ne ressemble à aucun autre sous-type connu. Par contre, les lamproies ne possèdent qu'un seul récepteur D1 apparenté au D1A des gnathostomes. Il n'est pas possible de savoir précisément si un gène de récepteur D1 a été perdu chez les lamproies ou si les myxines ont développé une duplication qui leur est propre. Les deux grandes duplications majeures se retrouvent pour beaucoup d'autres familles de gènes de vertébrés à mâchoires et sont visiblement la conséquence de la tétraploïdisation du génome entier car elles sont retrouvées pour d'autres familles de gènes comme ceux exprimés lors du développement (Holland et Garcia-Fernàndez, 1996). D'autres duplications plus spécifiques sont intervenues par la suite dans certains groupes de vertébrés. Chez les poissons téléostéens une duplication particulière du récepteur D1A en deux sous-types D1A1 et D1A2 est observée (Cardinaud et al., 1997). Et surtout chez les amniotes où une nouvelle duplication du gène D1C est à l'origine de l'apparition du sous-type D1D présent chez les oiseaux mais aussi les tortues et les lézards (Figure 9).



Tableau 2 : Tableau récapitulatif de toutes les séquences des récepteurs D1 publiées à l'heure actuelle chez les vertébrés. Tous les numéros d'accession font référence à la base GenBank mis à part pour le récepteur D1B de Macaque (en italique) où il s'agit du numéro d'accès à la base SwissProt.




Figure 9 : Histoire évolutive des récepteurs D1. Cette histoire évolutive est reconstruite à l'aide des arbres phylogénétiques obtenus après alignements des séquences des récepteurs D1 (voir Tableau 2). Les principales étapes de duplication sont indiquées sur le schéma avec au-dessus de l'arbre, le cladogramme de l'apparition des principaux sous-types du récepteur D1. Les dates en millions d'années (MA) sont données à titre indicatif et sont basées sur les fossiles et les calculs de distances phylogénétiques. PC : Précambrien, I : Paléozoïque (primaire) et II : Mésozoïque (secondaire).



L'hypothèse la plus simple quant à l'évolution de cette famille de gène est donc d'imaginer que le maintien des nouveaux gènes dupliqués est contraint par des conditions spécifiques. En fait lors de la mise en place d'une duplication de gène, la fonction gobale de l'ancêtre est conservée soit par l'intermédiaire des deux gènes soit chez l'un des deux gènes dupliqués, ce qui est le cas des récepteurs D1. Ces modifications sont alors fixées dans le génome dès lors qu'elles sont utilisées pour permettre l'adaptation des organismes qui l'expriment. Ajoutée à cette fonction adaptative, l'acquisition de localisations séparées des différentes copies est aussi un mécanisme de conservation important.

Comprendre les fonctions des récepteurs est fondamental pour permettre de comparer de façon précise et efficace les différents gènes de récepteur trouvés. En effet, les méthodes de comparaison par similitude de séquences possèdent de nombreuses limitations (Eisen, 1998). Dans le cas de duplications multiples de gènes, il n'est pas toujours facile de distinguer les gènes orthologues des gènes paralogues. Les méthodes basées sur les similitudes sont très peu efficaces quand les taux de variations importants sont combinés à la duplication génique et il n'est pas toujours possible d'obtenir d'histoire évolutive précise. Les reconstructions phylogénétiques doivent donc tenir compte de ces considérations et se baser sur un échantillonage d'espèces suffisant. Les problèmes rencontrés dans ces analyses par similarité sont clairement visibles dans l'analyse des regroupements de gènes Hox. En effet, la découverte de 7 regroupements de gènes Hox chez le danio (zebrafish), alors que le nombre de 4 semblait général chez les vertébrés, a laissé penser que les rongeurs comme la souris avaient perdu 2 de ces regroupements (Meyer, 1998). Or, des analyses sur un plus grand nombre d'espèces montre qu'en fait ces animaux ont subi une tétraploïdisation générale à l'origine de cette profusion de regroupement de gènes.

Les nouveaux récepteurs apparus durant l'évolution des vertébrés ont été maintenus pour des besoins fonctionnels spécifiques. La conservation des séquences permettant les classifications phylogénétiques ont donc des contreparties fonctionnelles. La découverte des conséquences biochimiques de la diversité des récepteurs D1 de la dopamine est requise pour comprendre pourquoi ces récepteurs ont été conservés et qu'elles sont leurs fonctions. Dans les parties suivantes, je passerais en revue les propriétés biochimiques, la localisation et les régulations qui caractérisent les récepteurs de la dopamine et qui pourraient expliquer pourquoi il y a autant de récepteurs différents chez les vertébrés.