Le développement embryonnaire chez le Xénope PDF

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Mme Beauchaud...

Description

Le développement embryonnaire chez le Xénope I. Les gamètes A. Le spermatozoide! Les spermatozoides des xénope sont produits par millions et mesurent environ 28 microns de longueur. ! Morphologie classique : acrosome, noyau, pièce intemédiaire et flagelle! Pour être fécondants, les spermatozoides doivent être mobiles. !

!

B. L’ovocyte! Chez les Amphibiens l’œuf mur est de type hétérolécithe. ! Il est délimité par une membrane vitelline accolée à la membrane vitelline à la membrane plasmique. Il est entouré par une gangue gélatineuse. ! L’œuf mur de xénope : ovocyte II bloqué en métaphase II. ! Polarité nette avant la fécondation : le pole supérieur contient le noyau et avec une surface très pigmentée (=pole animal PA) ; le pole inférieur dépourvu de pigment et ou se trouve la majorité du vitellus (= pole végétatif : PV) ! Le diamètre d’un ovocyte varie de 1,1 à 1,3 mm. ! Formation des ovocytes II! Au moment de la période de reproduction (ou sous stimulation hormonale en laboratoire), les ovocytes primaires subissent la maturation.! Celle-ci se traduit par la poursuite de la méiose et s’accompagne de l’ovulation. ! La vésicule germinative (VG) remonte vers le pole animal en repoussant latéralement le pigment cortical, ce qui crée une zone claire appelée tache de maturation. ! Dans le même temps la VG (noyau) se rompt et déverse son contenu nucléoplasmique dans le cytoplasme. ! La première division de méiose se termine par l’émission du premier globule polaire et le noyau femelle entame sa deuxième division de méiose. ! 1 sur 15

Celle-ci se bloque à son tour en métaphase et reste située sous la membrane plasmique de la tache de maturation.! S’il n’y a pas de tache de maturation cela veut dire que l’ovocyte n’est pas assez mure pour accueillir le spermatozoide. !

C’est dans cet état qu’il transite par l’oviducte ou il s’entoure de plusieurs couches d’une gangue mucilagineuse avant d’être pondu dans le milieu extérieur. ! La fécondation débloquera le deuxième division de méiose qui s’achèvera par l’émission du deuxième globule polaire et la formation du pronucléus femelle haploïde. ! C’est a ce stade qu’elles vont arriver vers l’extérieur et qu’elles pourront être fécondées. !

II. La fécondation Généralités ! Dans la nature, les xénopes s’accouplent au moment de la saison des pluies dans les étangs sud africains. ! En laboratoire l’accouplement peut être obtenu toute l’année par stimulation hormonale. ! Le mâle, plus petit que la femelle, s’accroche à celle-ci au niveau de la ceinture pelvienne. On parle d’Amplexus lombaire. ! Les produits génitaux sont émis simultanément. ! La femelle libère ses ovocytes par lots de quelques dizaines et ils sont immédiatement fécondés par le mâle : la fécondation est externe. ! !

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La réaction corticale! Les spermatozoides traversent les couches de gangues mucilagineuse qui entourent l’ovocyte. Parmi ceux-ci un seul est fécondant. ! Le spermatozoide fécondant déclenche une série de mécanismes cytoplasmiques corticaux qui modifient la membrane plasmique et empêchent la fusion de cette dernière avec d’éventuels spermatozoides surnuméraires. C’est le blocage de la polyspermie. !

La rotation d’équilibration ! 30 minutes après la pénétration du spermatozoide, l’ovocyte s’oriente en fonction de la pesanteur : l’hémisphère végétatif, plus dense, bascule vers le bas, l’hémisphère animal pigmenté apparaît vers le haut. ! Cette rotation est due à la formation de la membrane de fécondation et de l’espace périvitellin : l’ovocyte, jusqu’alors solidaire de ses enveloppes, devient libre dans son espace périvitellin. ! Son centre de gravité étant situé dans l’hémisphère végétatif, l’ovocyte bascule. ! Quand la femelle pond, les œufs sont pigmentés (noir du coté animal et blanc du coté végétatif) dès que la fécondation a eu lieu, on a rotation et on a que des pôles animaux, on voit que le côté ventral noir.! !

La rotation de symétrisation ! Permet l’acquisition de la polarité dorsoventrale. ! En vi ro n u n e h e u re a prè s l a pé n é tra ti o n du spermatozoide. ! La calotte pigmentaire de l’hémisphère animal bascule vers le point d’entrée du spermatozoide laissant à l’opposé de celui-ci des traînées de pigment cortical qui affectent la forme d’un croissant : croissant dépigmenté ou croissant gris (CG). ! La future région dorsale de l’embryon apparaîtra du coté le plus clair de l’œuf fécondé. ! 3 sur 15

A l’opposé, la face sombre correspondra à la future région ventrale. ! !

Bilan ! Une heure après la fécondation, l’œuf du xé no pe po ssède un e polar ité antéropostérieure ainsi qu’une polarité dorsale ventrale. ! La première est définie par l’ovocyte au terme de sa croissance, la deuxième est imposée par l’entrée du spermatozoide lors de la fécondation. ! La combinaison des deux polarité définit le plan de symétrie bilatérale ou plan médian

III. La segmentation Premiers plans de clivage ! La segmentation est totale, radiaire et inégale. ! Le premier plan de clivage, méridien, apparaît environ 1h30 après la pénétration du spermatozoide. ! Trois quarts d’heure après, le deuxième plan de clivage apparaît perpendiculaire au

premier. ! Le troisième est subéquatorial, on obtient 4 micromères et 4 macromères. ! Les divisions cessent d’être synchrones à partir de 16 cellules. ! Le premier plan de division passe en général par le point d’entrée du spermatozoide et divise la cellule œuf et son centre de Nieuwkoop en deux moitiés droite et gauche définissant ainsi le plan de symétrie bilatéral de l’animal. ! Le#second plan de division divise l’embryon en 4 cellules ! 4 sur 15

Chez ces embryons, la polarisation dorsoventrale reste nettement visible grâce à la différence de pigmentation. ! Le premier plan de clivage passe par le plan médian et partage l’œuf en deux cellules identiques eu égard à la pigmentation! Au stade de 4 cellules, on distingue nettement les deux blastomères dorsaux de couleur claire, ainsi que les deux blastomères ventraux plus sombres. !

Morula-blastula !

Au terme de la période de clivage, l’embryon est une blastula! On remarque également, la conservation de la polarité dorsoventrale. La région claire à droite de l’image marque la face dorsale. A l’opposé la région sombre correspond à la face 5 sur 15

ventrale. ! Ici comme on a un peu plus de vitellus le blastocoele est excentré au niveau du pole animal. ! La blastula comprend environ 5000 cellules et se subdivisent en 3 régions. ! On peut reporter ces trois grandes régions sur une coupe histologique méridienne (passant par l’axe pole animal-pole végétatif) : ! - la calotte animale, constituée par les cellules de la région du pole animal ! - La zone marginale ! - L’hémisphère végétatif ! Au centre de l’hémisphère animal, le blastocoele !

IV. La gastrulation 1. Aspect externes de la gastrulation ! Chez le xénope, les mouvements de la gastrulation durent environ 7 à 8 heures à température ambiante. ! Mouvements cellulaires de grande ampleur : formation des trois feuillets (ectoderme, mésoderme et endoderme). ! Le blastopore apparait sur la face dorsale dans l’hémisphère végétatif sous forme d’un sillon incurvé, appelé encoche blastoporale! Le sillon blastoporal (A) s’allonge en décrivant une courbe du pole végétatif (B et C), jusqu’à former un cercle qui délimité le bouchon vitellin (D)! Le bou c ho n vi tel li n est i nter na l isé da ns l’embryon : diminution du diamètre du cercle blastoporal (E et F) ! Sur la figure F, le fil métallique montre le bouchon vitellin résiduel vers la fin de la gastrulation. ! Dès que l’embryon atteint le stade du bouchon vitellin, on distingue, en plus de la lèvre dorsale du blastopore, les lèvres latérales et la lèvre ventrale du blastopore devenue circulaire. ! Les mouvements de la gastrulation sont initiés da n s l a r é g i o n d o r sa l e , p ro g re ss e n t dorsalement, puis ventrolatéralement pour enfin se terminer dans la région ventrale. ! !

2. Mise en évidence des mouvements cellulaires internes ! - coloration des cellules par application de rangements d’agir imprégnés de colorants vitaux!

- Observation de l’évolution des cellules marquées !

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- Les marques colorées seront retrouvées plusieurs -

jours plus tard dans les ébauches d’organes de l’embryon. ! > carte des territoires présomptifs : si on laisse agir les cellules, tel territoire va donner tel organe même si à ce stade toutes les cellules sont totipotentes. !

Carte des territoires présomptifs ! En A et B, sont représentés respectivement les tissus superficiels et profonds. On remarque que les tissus mésodermiques situés dans la zone marginale sont exclusivement constitués de cellules profondes. !

3. Aspects internes de la gastrulation ! A. Évolution des marques colorées! Le déplacement des marques colorées nous renseigne sur les mouvements d’ensemble qu’effectuent ces territoires embryonnaires pendant la gastrulation. ! On dépose 4 marques, en position dorsale, sur les territoires suivants : ! - 1 marque rouge «#1#» sur le territoire neural! - 1 marque bleue «#2#» sur la corde! - 1 marque rouge «#3#» au dessus de la lèvre blastoporale! - 1 marque bleue «#4#» au pole végétatif! On a un mouvement d’épibolie (par recouvrement)! B. Mouvements au cours de la gastrulation ! Invagination : ! - de l’endoderme : formation de l’archentéron ! - Des territoires de la corde : la corde constitue la voute de l’archentéron ! - Le plancher de l’archentéron est représenté par la masse endodermique. ! - Formation du blastopore! Élongation ou extension : ! Des territoires de l’hémisphère animal : ectoblaste et mésoblaste ! L’élongation de l’ectoblaste permet un recouvrement par épibolie de la totalité de l’embryon! Involution : ! 7 sur 15

Enroulement du cordo mésoblaste autour des lèvres blastoporal es ! Convergence : ! Du mésoderme dorsal : la corde se retrouve dans une aire plus réduite médiane et dorsale ! Divergence : ! Le mésoderme des lames latérales, une fois invaginé, va tapisser intérieurement toute la région laissée libre par la convergence de la corde et des sommités. Il s’insère entre endoderme et ectoderme. ! Les mouvements d’involution ! en bleu : cellules de l’hémisphère animal! En vert: cellules de l’hémisphère végétatif! Cellules très allongées : CB : cellules en bouteilles. ! Le fond de la dépression blastoporale est formé de cellules endodermiques fortement allongées vers l’intérieur de la masse endodermique : les cellules en bouteille! A la surface de l’embryon, les territoires dorsaux se dirigent vers le blastopore et entrent en contact avec les cellules en bouteille qui forment un rempart compact. ! Ceci force les territoires mésodermiques à s’enrouler sur eux mêmes : mouvements d’involution ! Les territoires mésodermiques externes (rose) se dirigent vers le blastopore (flèche verte). Au contact des cellules en bouteille (vert foncé), ils s’enroulent en un mouvement d’involution (flèche rouge), s’engagent dans l’embryon à la suite des cellules mésodermiques en migration (flèche jaune). ‘Endoderme suprablastoral qui constituent la couche superficielle de la lèvre dorsale du blastopore suit parallèlement l’invocation du mésoderme (flèche rouge)! ! Les mouvements d’extension ont pour effet d’étendre les tissus dorsaux et dorsolatéraux vers la région postérieure de l’embryon, c’est à dire vers le blastopore. ! Combinés avec les mouvements d’involution, la pression exercée par les mouvements d’extension provoque le recul du bord d’enroulement du blastopore vers le pole végétatif. Les tissus dorsaux et latérodorsaux recouvrent donc le bouchon vitellin.!

Coupe sagittale dans la région dorsale. ! 8 sur 15

Au cours de la gastrulation, les mouvements de convergence provoquent l’extension (flèches rouges) du mésoderme invaginé (rose) ainsi que du neuf ectoderme externe (bleu clair). En conséquence, le bord d’enroulement progresse vers le pole végétatif et recouvre l’endoderme subblastoporal (flèches vertes)!

Résultat de la gastrulation : ! Les trois feuillets originaux : ectoderme, mésoderme, endoderme sont maintenant organisés de manière concentrique : l’endorderme profond, l’ectoderme superficiel et le mésoderme en position intermédiaire. ! Une nouvelle cavité est formée au détriment du blastocoele : l’archentéron ! !

En vert : endoderme! Rouge : mésoderme! En bleu : face dorsale : neurectoderme ou neuroderme! L’hémisphère animal, au début de la gastrulation formé de deux zones :!

- Une zone donnant le neuroderme et une donnant l’épiderme.!

L’endoderme au début, s’invagine progressivement pour combler tout le blastocoele qui finit par disparaitre. L’archentéron se forme, le plancher de l’archentéron est constitué de cellules endodermiques. Le territoire du mésoderme se concentrent (= mouvements de convergence). !

V. La neurulation (première étape de l’oganogénèse = stade neurula) 1.Les aspects externes de la neurulation ! 9 sur 15

1) En premier lieu on a l’épaississement de l’épithélium neurectodermique qui dessine une plaque neurale bordée par le renflement : les bourrelets neuraux. ! La plaque neurale va doucement s’enfoncer au fur et à mesure que les bourrelets se forment!

2) Les bourrelets neuraux se soulèvents puis se rapprochent vers le plan médian. Mouvements de rapprochement plus rapides dans la région postérieure et plus lents dans la région antérieure : la région antérieure ou céphalique est large et la région troncale étroite : stade en raquette. ! 3) Fusion des bourrelets qui aboutit à la formation de la gouttière neurale! 4) Les bourrelets neuraux se soudent sur le plan médian pour former un tube ! La soudure prend naissance dans la région troncale et progresse rapidement vers la région postérieure et plus lentement vers la région céphalique où subsiste de manière transitoire une ouverture appelée neuropore antérieur. !

L’achèvement de la soudure des bourrelets neuraux conduit à la formation du tube neural qui s’internalise sous l’épiderme dorsal. On distingue la région céphalique antérieures renflée et vésiculaire ainsi que la région médullaire troncale tubulaire, respectivement à l’origine du cerveau et de la moelle épinière. !

2. Les aspects internes de la neurulation ! Hachures bleues foncées : crêtes neurales qui vont migrer pour donner différents types de glandes. ! • Épaississement du neurectoderme par rapport à l’épiderme limitant (1)! •Soulèvement des bourrelets neraux (BN) (1,2) ! •Rapprochement des bourrelets neuraux vers le plan médian (3)! •Affrontement des bourrelets neuraux (4) et la soudure des bourrelets neuraux : formation du tube neural qui se sépare de l’épiderme (Ep) ! •L’épiderme dorsal recouvre le tube neural!

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•Le neurectoderme est composé de deux populations de cellules : ! •Les tissus à l’origine du tube neural sensu stricto (bleu clair)! •Les cellules de la crête neurale (bleu foncé), a l’origine, entre autre, des ganglions (Gg) localisés à proximité du tube neural!

Début neurulation car l’embryon possède une rupture. !

En profondeur, on obtient un tube longitudinal endodermique, après rapprochement médiodorsal des bords latéraux. Sous la plaque neurale, le mésoderme des bords latéraux. Sous la plaque neurale, le mésoderme différencie une zone longitudinale médiane qui se sépare des régions latérales. ! Le mésoderme axial se concentre en une formation cylindrique : ce sera la chorde dorsale sous-jacente au tube nerveux!

Le reste du émsoblaste dorsal s’épaissit et se creuse d’une cavité : le coelome. A la fin de la neurulation le mésoblaste dorsal se découpe en blocs réguliers : les somites. ! La partie ventrale de ce mésoderme reste insegmentée et donne les lames latérales entourant le tube digestif. Entre les parties dorsales et ventrales se crée un étranglement : pièce intermédiaire.

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Bilan de la neurulation : ! Avec la formation du tube neural, la neurulation marque le début de l’organogénèse. Comme chez tous les vertébrés, le tube neural du xénope est dorsal. L’embryon motre donc maintenant une double régionalisation des structures : la région dorsoventrale, marquée par la position dorsale du futur du système nerveux et la régionalisation antéropostérieure marquée par l’individualisation de la tête et du tronc. Dès lors, le modela de l’embryon va s’accentuer avec l’apparition de nombreuses autres ébauches d’organes au cours du stade suivant : le stade du bourgeon caudal. !

VI. L’organogénèse (comprenant la neurulation auparavant décrite Les trois feuillets, ectoderme, mésoderme et endoderme, évoluent en ébauches ou bourgeons d’organes. C’est la épriode d’organogénèse : le corps de l’embryon se modèle pour prendre progressivement la forme du têtard de grenouille. ! En plus, des subdivisions céphalique et troncale apparues pendant la neurulation, l’ébauche caudale se forme et donne son nom à cette période d’organogénèse comprise entre la neurulation et la phase larvaire. On parle de stade «#bourgeon caudal#»!

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1. Bourgeon caudal jeune (24h)! Allongement de l’embryon. Distinction des régions céphaliques, troncale et caudale. Sous l’épiderme, les ébauches d’organes font saillie et deviennent visibles en lumière rasante : ébauche oculaire, branchiale, cardiaque et caudale. ! Un épaississement épidermique pigmenté et muqueux appelé glande adhésive se situe dans la région céphalique ventrale. !

La majorité de la région troncale latéroventrale est occupée par la masse des cellules vitellines endodermiques issues de l’hémisphère végétatif. Elles seront à l’origine du tube digestif. !

2. Bourgeons caudal moyen (30h) ! Les ébauches d’organes se précisent, l’allongement de l’embryon s’accentue. Ventralement, se creuse la dépression stomodéale à l’origine de la bouche. ! Une légère dépression marque l’emplacement de l’orifice proctodéal dérivé de la fente blastoporale. Les premières contractions musculaires spontanées apparaissent. ! Bourgeon caudal toujours entouré par ses enveloppes : gangue et membrane de fécondation (en périphérie)!

3. Bourgeon caudal âgé (40h)! A ce stade là on a le modelage de la tête. Courbure dite mésencéphalique, le mésencéphale état la portion intermédiaire du cerveau qui sépare les régions cérébrales antérieure et postérieure. La ligne médiane troncale et caudale depuis la région post cérébrale jusqu’au proctodeum porte une ébauche de voile natatoire (permet à 13 sur 15

la larve d’être mobile)!

4. Bourgeons caudal tardif (53h) ! L’embryon a éclos, il nage par saccades dans le milieu et se fixe momentanément par son organe adhésif fortement muqueux sur le substrat environnant (herbe aquatiques dans la nature ou parois de l’aquarium en laboratoire). ! Le voile natatoire est bien développé. La pigmentation dorsale du tronc et de l’oeil se met en place. La bouche ne tardera plus à s’ouvrir et marquera le moment de la première prise de nourriture qui fera passer le bourgeon caudal (stade fixé) au stade larvaire (stade mobile). !

6. Evolution du tube neural! Au début du stade du bourgeon caudal, le cerveau se divise en trois vésicules primaires : dans le sens antéropostérieur, on distingue le :!

- Prosencéphale

- Mésencéphale - Rhombencéphale ! Puis, le prosencéphale et le rhombencéphale se subdivisent respectivement en télencéphale et diencéphale d’une part et en métencéphale et myélencéphale d’autre part. Le mésencéphale ne génère pas d’autre vésicule. ! 14 sur 15

On notera l’évagination paire du diencéphale à l’origine des vésicules optiques. Le plan de base du cerveau de vertébré avec ses 5 vésicules fondamentales est alors constitué. !

7. Le devenir des feuillets embryonnaires! 1. L’ECTODERME (EPIBLASTE + NEUROBLASTE)

Épiblaste : ! - enveloppe tégumentaire épidermique! - Glandes de la peau et les phanères! - Deux extrémités tu tube digestif (stomodeum et proctodeum)! - «"Collaboration"» avec l...