1 L’effet du confinement sur la géométrie des cellules et les contacts inter-cellulaires au

Le contrôle de l’orientation des divisions est un processus fondamental pour le développement de l’embryon et la formation d’architectures multicellulaires qui guideront la compartimentation et la croissance de l’organisme.

La géométrie dirige l’orientation des divisions

L’article publié par Philip L. Hertzler et Wallis H. Clark Jr. est un magnifique exemple e la minutieuse chorégraphie des divisions ce

d 1992).

Sans manipulation génétique ni mécanique, les auteurs observent les divisions et en nes d’entre elles dans l’initiation de la astrulation. En effet, la transparence de l’embryon de crevette Sicyonia ingentis permet une observation de grande qualité.

d’info

plu

ertw

t au cours de la division précédente. Ce

o comme une propriété intrinsèque Woods Hole 120, 285-312, 1961 rappelé par St

90° de l’orientation précédente.

Figure 3.2

Le principe centriolaire. Les fuseaux se positionnent perpendiculairement à leur orientation précédente.

Cinq ans après leur description des divisions dans l’embryon de crevette, l’équipe de Wallis H. Clark Jr. démontre avec élégance l’importance d’un autre paramètre dans l’orientation des divisions: celui des contacts entre cellules (Wang et al., 1997). Les auteurs séparent les cellules qui constituent l’embryon de crevette et les manipulent délicatement pour les libérer de la contrainte géométrique de l’enveloppe et les repositionner autrement dans l’espace. Ils assemblent les cellules en lignes pour former des réseaux carrés (Figure 3.3). Dans ce type de configuration il leur est beaucoup plus simple de corréler l’orientation du fuseau à la géométrie de la cellule et à celle de son environnement. La manipulation de cellules individuelles et la reconstitution d’assemblages linéaires leur permis de démontrer

orientation des fuseaux et le rythme des divisions n’étaient pas des propriétés ues des blastomères mais qu’elles répondaient à la disposition des cellules dans

déduisent le rôle essentiel de l’orientation de certai g

L’étude du patron des divisions, d’une remarquable régularité géométrique, est riche rmations (Figure 3.1). Au cours des premières divisions, les fuseaux s’orientent selon

s grand axe dans la cellule (Figure 3.1 A-E). Cette loi générale fut proposée par O. le

H ig (Hertwig, 1884) et popularisée par Wilson E.B. (Wilson, 1925). Cette règle reste une référence encore actuelle dans de nombreuses études de l’orientation du fuseau.

De la deuxième à la septième division, les fuseaux se positionnent

erpendiculairement à l’orientation qu’ils avaien p

comportement avait été interprété auparavant par Costell

des appareils mitotiques, indépendante de l’environnement (Costello Biol.Bull.Mar.Biol.Lab. rome (Strome, 1993)). Il proposa le « principe

centriolaire » selon lequel, après la duplication, les centrosomes migraient de façon

symétrique de parts et d’autres du noyau, ce qui expliquait le positionnement systématique du fuseau à

que l’

intrinsèq

effectivement que la position des pôles ne respecte pas le principe centriolaire puisque les fuseaux sont à 45° et non à 90° de leur orientation au cours de la division précédente. (Wang et a

L’observation de la rotation du plan de division de 45° seulem 16 et 32-cellules contredit le principe centriolaire (Figure 3.3 d et e). Les manipulations et réarrangements de cellules montrent que l’orientation des fuseaux est guidée par les contacts avec les cellules voisines, les pôles se rapprochant des régions corticales dépourvues de tout contact.

Figure 3.3

La séparation et la réorganisation des cellules de l’embryon de crevette montrent que les pôles des fuseaux se placent vers les zones corticales dépourvues de tout contact avec les cellules voisines. Les flèches montrent l’orientation des vues montrées à droite.

Les divisions du stade 16 cellules montrent

l., 1997)

Les contacts cellule-cellule guident l’orientation du fuseau

De nombreux exemples confirment que les contacts entre cellules ont un effet déterminant sur l’orientation du fuseau. C’est, par exemple, le cas dans l’embryon de souris au stade 8 cellules (Pickering et al., 1988). De mêm , dans l’embryon de Caenorhabditis

elegans, au cours d’une des deux divisions du stade 2 cellules, le fuseau tourne de 90° pour

aller toucher la zone de contact avec la cellule voisine (Hyman, 1989; Goldstein, 1995).

Dans l’embryon de poisson-zèbre, les divisio neural sont d’abord parallèles au plan du neuroépithé deux plaques se rejoignent au cours de la fermeture d Ce changement de rotation est corrélé avec le début d cellule-cellules. D’ailleurs dans l’embryon de la l’orientation des divisions est, elle aussi, contrôlé adhésions entre cellules, comme APC, qui dirigent neuroépithélium en interagissant avec EB1 (Figure 3.4

Figure 3.4

Marquage d’APC dans les jonctions adhérentes (a) et des microtubules (b) au cours de la division parallèle plan de l’épithélium de

e

ns au cours de la formation du tube lium puis perpendiculaires lorsque les u tube (Geldmacher-Voss et al., 2003). e la localisation apicale des adhésions mouche Drosophila melanogaster, e par des déterminants associés aux

le fuseau parallèlement au plan du ) (Lu et al., 2001).

mouche (Lu et al., 2001).

Les contacts cellule-substrat guident l’orientation du fuseau

s, les adhésions entre les cellules et la matrice extra-cellulaire guident les divisions et la morphogenèse de l’embryon.

Figure 3.5

Fuseaux mitotiques dans un embryon de grenouille. A-E : orientation dans un plan tangent à l’embryon ; F-H : orientation dans une coupe de l’embryon. Dans des conditions normales (gauche : B-C et G) les fuseaux sont orientés parallèlement à la surface de l’embryon. Si la fibronectine de la matrice extra-cellulaire ne peut plus interagir avec les intégrines à la surface des cellules à cause de l’injection de l’anti-corps 1F7, l’orientation des fuseaux est fortement perturbée. La matrice extracellulaire participe donc à l’orientation des fuseaux (Marsden and DeSimone, 2001).

La fibronectine de la matrice extra-cellulaire et les intégrines dirigent les divisions des cellules de la masse interne de l’embryon de grenouille Xenopus laevis (Marsden and DeSimone, 2001). Puis, la fibronectine, les intégrines et la géométrie dirigent ensemble la fermeture du manteau et l’extension du mésoderme au cours de la gastrulation (Davidson et al., 2002). Ces études montrent, qu’en plus de l’importance des contacts entre cellule