Chapitre III Determination champs morphogénétiques PDF

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Chapitre III : Détermination des champs morphogénétiques I. Théories préformiste et épigénétique : 2 théories opposées en apparence, qui ont servi de base à l’interprétation des phénomènes observés durant les premières phase de l’embryogenèse. A. Préformiste : Toutes les structures du futur organisme existent déjà dans les diverses parties de l’oeuf. L’oeuf est une mosaïque constituée de nombreuses zones topographiquement définies (Schéma de l’oeuf mosaïque). → La potentialité totale (ce que va pouvoir donenr chaque parties de l’oeuf) correspond exactement à la potentialité réellement exprimée. L’homunculus du physicien Nicolaas van Hartsoeker (1665), la théorie poussée à l’extrême : spermatozoïde ↔ sperma- : graine, semence et -zôeidês : semblable à un animal. En gros on a un mini humain dans le spermatozoide qui va grandir dans la femme. B. Epigénétique : Considère que le développement embryonnaire est une suite successive de réalisations de complexité croissante, ce qui implique que l’oeuf soit doté de certaines capacités d’adaptation (= régulation). (Schéma de l’oeuf régulateur). Préssentie par Aristote (350 Av. JC) suite à l’évolution d’embryons de poulet. → La potentialité totale de chaque partie de l’oeuf elle est supérieure à la potentialité réellement exprimée. C. Actuellement : Selon le temps et l’organisation spatiale, un œuf peut passer de l’état régulateur à l’état mosaïque. La partie préformation réside au plan moléculaire (génome du zygote). (Schématisation : parfois des « verrous » se mettent en place durant l’organogenèse → le développement embryonnaire connaît des limites qui sont réulées selon un monde épigénétique (par l’environement) par étapes successives. Ces limites sont variables selon les espèces. ) Destinée acquise = détermination. → Métaphore du paysage épigénétique, par Conrad Paddington : part d’une cellule avec son destin cellulaire, et avec le temps, elle a plusieurs devenirs possible pour la cellule ↔ au départon a de la maléabilité et cela se perd de plus en plus. II. Exemples pratiques : les phénomènes de régulation au cours du développement A. Cas de l’ascidie : 1. Stade 1 cellule : expérience DALCQ Poly.25 Le noyau de l’ovocyte va se retrouver dans l’une des deux moitiés, puis on réalise une fécondation à travers des 2 moitiés → on obtient tout de même 2 ascidies ! 2. Stade 2 cellules : expérience CHABRY Poly.25 On aura deux demies ascidies ! 3. Stade 4 cellules : expérience CONKLIN Poly.25 Triploblastique. On aura la même situation que pour le stade 2c. A partir de 2cellules, plus de régulation possible ; l’embryon est très tôt une mosaïque de territoire prédéterminés. B. Cas de l’oursin : Poly.6 Rappels : développement par ségmentation. 1. Stade 1 cellule : œuf non fécondé Sch.8 - Poly.26 Même cas que l’ascidie pour la coupure au méridien Pour la coupure à l’équatorial, on va avoir deux embryons relativement anormaux. La différence du développement est du fait de la répartition des facteurs moléculaire (= protéines). Régulation sous condition « spatiale ». 2. Stade 4 cellules: expérience DRIESCH Chaque blastomère produit plus que sa prestation normale : on a régulation. 3. Limites des capacités de régulation : La régulation est possible jusqu’au stade 32 blastomère en coupant uniquement sur le plan méridien (il faut des précurseurs de toutes es assises ani1 ani 2, veg1 veg2 , micro) → régulation par soustraction (=

régulation des déficiences). - Si on additionne (=fusion) 2 embryons au stade 2 ou 4 blasto, on a une seule larve géante ! On parle de régulation des excédents.

4. Un œuf à régulation peut se comporter comme un œuf mosaïque : expérience HOERSTADIUS a. Séparation au stade 8 cellules sur le plan équatorial : Poly 26. b. Fissurations latitudinales au stade 64 cellules : Poly 26. Chaque partie donne plus que sa prestation normale, pas de régulation car chaque partie donne quelque chose de différent qui n’est jamais un embryon normal. Interprétation : Poly 26. L’oeuf pourrait se comporter comme un ensemble s’origanisant selon 2 gradients de natures différente : - un animalisant (maxi au pole animal) - un végétalisant (maxi au pôle végétatif) Les deux gradients se superposent et opposent leur forces ; un plutéus harmonieux n’est obtenu que lorsque les 2 forces antagonistes s’équilibrent. c. Est-ce possible de végétaliser un hémisphère animal ? Poly 26 - Hémisphère animal + veg2 = larve reconnaissable - Hémisphère animal + micromères = larve pluteus presque parfaite : viable ! d. Conclusion : - Le champs gradient végétatif a son intensité maximale au niveau des micromères ; - L’oursin a des capacités de régulation très étendues, mais sous certaines conditions ; - Ces expériences montrent l’action inductrice des plans végétatifs sur l’hémisphère animal avec un transfert de potentialité ; - Ces expériences confirment l’importance de l’organisation spatiale pour aboutir a un développement normal. C. Cas de l’amphibien : 1. Rappel sur la fécondation. 2. Capacités de régulation des déficiences :expérience SPERMANN - Poly 27 Stade 4c : deux blastomères qui contiendront du croissant gris, deux qui n’en auront pas (géométrie). La présence d’une quantité minimale de croissant gris est nécessaire pour que l’embryon soit organisé et que la régulation ait lieu. Stade jeune gastrula : à partir de la région b on va obtenir la moelle épinière, les membres… → On a l’impression que si on associe les 2 on va avoir un individu normal. → Conclusion : - Jusqu’à la gastrulation, le germe est totipotent dans la mesure où, sélectionné selon un plan méridien, il contient une partie de la zone organisatrice correspondant au croissant gris ; - L’embryon se transforme ensuite en une mosaïque de territoires distincts ; - On nome champs morphologiques des territoires embryonnaires qui, sans différences visibles, représentent les ébauches des futures organe : Poly 28. Genre, si on prend la zone « patte » d’un triton et qu’on l’ajoute à un tritton normal receveur, il aura 2 patte + 1. 3. Capacités de régulation des excédents : On obtient des siamois ! Régulation d’un excès de matériel est possible lorsque les zones organisatrices sont proches les unes des autres. D. L’oeuf de poule est un modèle de choix : Matériel biologique facile à obtenir; durée de développement courte (environ 21 jours) ; oiseaux = amniotes (comme H) : - Modalités de développement semblables aux vertébrés supérieurs => formation d’annexes embryonnaires. - Avantage : développement ex-utero, donc très grande accéssibilité. A. Oiseaux

Expérience de Lutz, 1949 : Sch.14. - Principe : la fissuration est pratiquée selon la règle de Von Baer ; soit selon l’axe antéropostérieur, soit perpendiculairement à cet axe. II. Mammifères : Existe des régulations naturelles. Poly-embryonnie chez le tatou ! Il y a desdéveloppement de plusieurs embryons viables à partir d’un seul œuf fécondé. On peut obtenir jusqu’à 9 tatous (= vrais jumeaux). - Plusieurs cas de figure chez l’H :Sch.14. → 1 placenta, deux cavités amniotiques → 2 placenta et 2 cavité amniotiques - Régulation expérimentale : Sch.15. Tout semble dépendre du sens du premier clivage qui va permettre ou non la mise en place de blastomères régulateurs. - Régulation des excédents : Poly.27. Sch.15. : Régulation possible entre les stades 2 et 32 blastomères. Mélange des cellules de trois embryons au stade 4 : un embryon issu d’un couple noir, blanc et agouttis. Conclusion générale du chapitre II : - la faculté de régulation est toujours présente au début du developpement embryonnaire : - mais peut être perdue très vites (= œufs mosaiques) (ex : ascidie) - c’est aussi le cas des œufs régulateurs si on ne suit pas les contraintes chronologiques et structurales - Si ces contraintes sont respectées, la régulation peut survenir jusqu’à la gastrulation II. Détermination du champs morphogénétique de l’oeil chez l’Amphibien : Poly.28 Fig.4. → Greffe homochronique ectopique surnuméraire de champ morphogénétique de vésicule optique. III. Détermination du cordo-mésoblaste et induction du neurectoderme : A. Carte territoires présomptifs : Poly.11: B. Echange entre territoires présomptifs de très jeunes gastrula : Poly.28 Fig.3: on retrouve deux embryons normaux. En tout début de gastrulation, ectoderme et neurectoderme ne sont pas encore déterminés. Expérience de Spermann et Mangold : Greffe homochronique échopique surnuméraire de lèvre dorsale du blastopore d’un jeune gastrula pigmentée chez une gastrula albinos dans la région du mésoderme ventral. La greffe implanté de façon ectopique Contre-expérience → exogastrulation : La jeune gastrula est placée dans une solution salline. Dans ces conditionns, il n’y a pas de mpuvement d’invagination, les territoires endo et mésodermiques s’étirrent et forment une masse allogée reliée par un pédoncule à une sphère creuse d’origine ectodermique. IV. Exemple d’organogenèse : A. Cas de l’oeil des vertébrés : 1. Description morphologique : délatéralisation de l’encéphale pour former ectoderme céphalique → vésicule optique donnera la placode de la future cupule optique au contact de l’épiderme. Apparition d’une nouvelle placode au niveau de l’épiderme : la placode cristalinienne. La partie de la future cupule optique se circularise : on a pratiquement le crisalin définitif. Mais ce n’est pas terminer : il reste la chordée : elle se retrouve en avant du cristallin, car c’est une fusion avec l’épiderme et du cristallin qui donnera une cornée transparente qui, comme par hasard, s’arrêtera à peu près à l’endroit où le cristallin se finit, avec de l’épiderme tout autour. Le cristallin s’invagine et va se cristellariser. 2. Inductions tissulaires : 1) induction des vésicules optiques par la plaque précordale : On latéralise, on se colle à l’épiderme → se fait localement dans une partie du cerveau (≠ partout). Cette plaque précordal induit l’internalisation des deux parties de la vésicules optiques ↔ si pas de plaque précordale, on obtient un cyclope et abscence d’hypophyse (car abscence de plaque ou de matériel mésodermique précorcale). Le mésoderme préchordale déclenche la morphogenèse de l’oeil et inihbe la formation occulaire au milieu du plancher du cerveau.Sch.15: résumé de toutes les expériences possibles (5 au total). 2. Induction de la plaque cristalinienne par la vésicule optique ; 3. Induction de la rétine sensorielle par le cristallin ;

4. Inductions simultanées ; a. induction de la rétine pigmentaire par le mésenchyme céphalique b. induction de la cornée par le cristallin B. Cas du membre des vertébrés : - Chez le poulet : mise en place un peu tardivement, à partir de 2,5jours, on a des petites régions (antérieures et postérieurs, au niveau du mésoderme latérale) plutôt protubérante ↔ pousse du mésoderme latérale à certains endroits. Au bout de 3 jours, on a des « bourgeons ». Au bout de 6,5 jours, on apperçoit la forme des doigts ; l’extrémité du membre au départ est totalement pleine (pas de séparation des doigts). A 11 jours, toutes les structures des pattes et des ailes sont mises en place (griffes sur les pattes, moins de doigts aux ailes, plume sur l’épiderme de l’aile…). Au niveau de la patte les doigts se développent tous, sinon pour l’aile y en aura que 3 (II, III, IV) - Chez la souris : on retrouve un foeutus replié sur lui même ; bourgeons de membre apparaissent au mésoderme du flan (à J18, très peu de temps avant la naissance). - Le membre se définit selon 3 axes : - Axe proximo-distal (de l’épaule au bout des doits) : 1er segment appelé stylopode (humérus), le 2ème est le zeugopode (dzeugos = couple, Ulna et radius), puis le dernier, l’autopode (poignet métacarpien et doigts) - Axe antéro-postérieur (du pouce au petit auriculaire) - Axe dorso-ventral - On pense que les cellules du future squelette viennent du somatopleure, on a multiplication cellulaire au niveau de cette somatopleure latérale. Sous la dépendance des somites, apparition de champs morphogénètique = somatupleure + ectoderme. On a ensuite prolifération du mésoderme, l’éctoderme est repoussé et forme un épaississement distal : la crête apicale AER (Apical Echtodermal Ridge) Sch.16, Poly29. - Différentes zones organisatrices : PZ (mésoderme situé sous l’AER, Sch.17), zone de prolifération. Egalement, la ZPA (Zone d’activité polarisante) 1. AER & ZP : a. Retrait de l’AER à différents stades de développement : La crête apicale ectodermique est nécessaire à la mise en place de l’axe proximo-distal : excisée tôt, le membre sera tronqué mais se développera d’autant plus que l’opération sera tardive. La progression proximo-distal est possible grâce à un constant dialogue entre l’AER et la PZ. Riche en FGF (Fibroblast Growth Factor) b. Retrait de l’AER + remplacement : - Extraction AER → membre tronqué (stop à l’humérus) - Excision AER + greffe d’une bille imprégnée de solution saline → membre tronqué (humérus) - Excision AER + gresse d’une bille chargée de FGF → on a la formation de l’humérus + zeugopode, au bout de 20h. On n’a donc toujours pas réussi d’aller jusqu’au bout de la formation. - Extraction AER + greffe de 2billes chargée de FGF à 24h d’intervalle → allongement du membre jusqu’au bout. Axe P-D rétabli. c. Différentes combinaison pour AER/PZ : la polarité PD est établie par le mésenchyme PZ. - Expérience 1 : on considère un embryon jeune et un vieux. On retire l’AER du jeune, et on greffe l’AER du vieux à la place → « jeune mésenchyme (=PZ) + vieille AER » sur « jeune membre ». ⇒ Que l’AER soit du jeune ou du vieux on s’en fout, c’est les même signaux qui sont envoyés en fonction. L’AER n’a aucun effet sur le type de segment qui sera mis en place. Mb normal. - Expérience 2 : Jeune PZ + Jeune AER sur vieux membre ⇒ segments proximaux supplémentaires, on a double -podes. (stilopode et zeugopode proviennent probablement du vieux membre, la PZ qu’on ajoute a encore tout les precurseur pour donner les -podes → on imagine que dans les régions « vieilles » il n’y a plus de précurseur de -podes) - Expérence 3 : Vieille PZ + Vieille AER sur jeune membre ⇒ manque de structure intermédiaire, l’opposé de 2 où on avait double des podes. Conclusion 1 : La crête apicale AER excerce un effet mitogène responsable de l’allongement ProximoDistale du bourgeon de membre, et fait maturer la zone de progression au fur et à mesure de l’élongation PD. AER et ZP sont donc fait pour l’axe proximo-distal 2. Rôle de la ZAP : a. Greffe ectopique sumuméraire de ZAP : zone d’activité polarisante (postérieure ZAP) greffée en région antérieure (Sch17), duplication totale des doigts en miroir, d’autant plus importante

que la taille de la ZAP est respectée. En fait il faut imaginer que la ZAP produit des signaux, de type ligants, excrétées et qui ont la capacité de diffuser à longue distance. SI on divise en 3 le mésoderme (car 3 Doigts chez les ailes de poulet) → le numéro III sera celui qui a eu la plus faible concentrtion de molécules (quand on a cinq doits c pareil on divise en cinq) ⇒ ZAP sert pour l’identité du doigt !!! Quelle est la molécules impliquée ? : b. Greffe ectopique d’une bille imprégnée d’acide rétionoïque : La rétinol peut rentrer dans la membrane plasmique ; dans le cytoplasme des cellules, on a des enzymes qui dégradent en acide rétinoïque. Se lient ensuite sur les récepteur nucléaire dans le noyeux (dans l’adn) => ATRA ! On peut être tenté de dire que c’est donc ça qui est impliqué car lorsqu’on remplace l’échantillon par la bille (comme sur le schéma 17) ; sauf que normalement le diagramme devrait être différent (fin Sch27). - Sonic Hedgehog (SHH), gène qui hérisse les poils. Attention : si on trouve une molécule qui fait les mm effets qu’in vivo, ça ne veut pas dire que c’est la mm molécule trouvé invivo. Conclusion 2 : L’acide rétinoïque pourrait être une substance morphogène qui diffuseait à partir d’une souricesituée dans la ZAP : une forte concetration près de la source déterminerait des doigts III et IV. En s’éloignant de la source, la concentration baisse et seul le doigt II peut être déterminé. Mais il peut y avoir des accidents : thalidoide avec les femmes enceintes et les bébés bras plus courts, etc.. c. Régénération du membre chez les amphibiens urodèles : Régénération = réactivation de processus du développement lors de la vie post-embryonnaire pour restaurer des tissus manquants. Example : régénération des membre de salamandre. Après amputation du membre chez la salamandre, les nouvelles cellules ne reconstruisent que des structures manquantes (et rien de plus). La régénération du membre de la salamandre se fait par épimorphose : dédifférenciation de structures adultes pour former une masse de cellules indifférenciées qui se respécifient. Contrairement aux mammifères, il n’y a pas de formation de cicatrice après amputation.

- Etapes de régénération des membres de salamandre après amputation humérale : - J2 : le muscle se rétracte de l’extrémité de l’humérus, l’éctoderme s’est repositionné - J5 : au dessus de l’humérus, épaississement distal de l’épiderme, c’est l’équivalent d’un AER mais ici c’est le AEC (apical ectodermal cap), on a en dessous une région très mitotique qui se multiplie, le blastème de régénération : on pense que c’est l’équivalent de la PZ - J7 : on a de plus en plus de cellules mésodermiques qui prolifèrent à l’extrémité. - J8 : blastème qui grossit… (petites bulles dans l’épiderme, c’est des glandes à mucus) - A partir de J9 : redifférenciation des cellules du blastème de régénération. La chondrogenèse commence au niveau de l’ulna, du radius puis des os du carpe et des doigts. - Restauration des capacités de régénération du Xénope (alors que ce n’est pas un urodèles mais un anoures!!!!) après implantation de billes imprégnées de FGF10 : les billes de FGF10 induisent l’expression. La dose d’acide rétinoïque présente dans le blastème conditionne le devenir de l’axe PD. Conclusion 3 : Après amputation chez la salamandre : - des cellules épidermiques recouvrent la blessure puis cet épiderme d’épaissit et donne le AEC. - des cellules musculaires situées sous l’aec se dédifférencient et constituent un blastème de régénération taugement mitotique - l’AEC et le blastème de régénératon rappellent respectivement les structure de l’AER et la ZP présent lors du dev normalement du membre et semblent avoir les meme fonctions. Une zap est également détecté sur un membre de régénération....