Le contrôle du développement embryonnaire.
Observa(on+=" à" l’issue" de"la+ féconda(on" ," la"cellule2œuf" formée," tout" comme" ensuite" le"
jeune"embryon"("blastula"),"ne"montrent"pas+de+signes+de+spécialisa(on+par(culière":"on"ne"
retrouve" pas" la"diversité+ cellulaire" caractérisant" l’individu" en" fin" de" développement"
(post)embryonnaire" (" ex." 200" types" cellulaires" chez" l’Homme," cellules" nerveuses,"
musculaires…")."
La"desGnée"d’une"cellule"donnée"est"fixée"progressivement"au"cours"du"développement."
Idée centrale : Œuf → blastula → gastrula → bourgeon caudal → larve segmentation gastrulation neurulation
cellules cellules cellules non déterminées déterminées déterminées indifférenciées indifférenciées différenciées Problématique = Comment, au cours de l’édification d’un organisme pluricellulaire passe-t-on d’un ensemble de cellules ne montrant aucun signe de spécialisation à un organisme adulte constitué de cellules ayant chacune une fonction et un emplacement bien précis ?
I2+ Détermina(on+ et+ régionalisa(on+ grossière+ des+ feuillets+ embryonnaires:+
l’induc(on+embryonnaire+
1°)+Etude+expérimentale+du+phénomène+d’induc(on+du+mésoderme.+
a2+Mise+en+évidence+d’un+phénomène+d’induc(on.+
! Sépara(on+des+différentes+régions+d’une+blastula"
! Au+ stade+ blastula,+ les+ cellules+ ont+ les+ poten(alités+ pour+ donner+ soit+ de+
l’endoderme,+soit+de+l’ectoderme,+soit+du+mésoderme.+
! Sépara(on+d’un+embryon+au+stade+32+cellules"
- Au" stade" 32" cellules," les" blastomères" du" pôle" animal" ou" de" la" zone" marginale" sont"
culGvés"séparément."Au"bout"de"quelques"jours"de"culture,"les"blastomères"forment"
des"cellules"ciliées"caractérisGques"de"l’ectoderme."
- La" mise" en" culture" de" blastomères" végétaGfs" conduit" à" des" cellules" de" type"
endodermique."
! Au+stade+32+cellules,+les+blastomères+n’ont+pas+les+capacités+à+former+les+cellules+
du+mésoderme.+
-Au" contraire," au" stade" 128" cellules," des" expériences" idenGques" révèlent," pour" les"
explants"issus"des"blastomères"de"la"zone"marginale,"des"cellules"ciliées"épidermiques,"
des" cellules" de" la" chorde," des" cellules" musculaires," des" cellules" sanguines," du"
mésenchyme" ." Ces" cellules" sont" caractérisGques" de" dérivés" ectodermiques" et"
mésodermiques."
! Entre+ le+ stade+ 32+ et+ 128+ cellules,+ les+ blastomères+ de+ la+ zone+ marginale+
acquièrent+la+capacité+à+former+des+cellules+du+mésoderme.+
! Expérience+de+recombinaison+de+blastomères+(Dale+et+Slack)"
- C’est"l’interacGon"entre"blastomères"végétaGfs"et"blastomères"animaux"qui"forme"des"
dérivés"mésodermiques."
! Il+existe+donc+un+processus+d’induc(on+entre+les+blastomères+des+hémisphères+
animal+et+végéta(f+qui+permet+la+forma(on+de+mésoderme+à+par(r+de+la+zone+
marginale.+
" Avec" ces" expériences," on" ne" sait" pas" quel" est" le" Gssu" inducteur" et" quel" est" le" Gssu"
cible."
b2+Détermina(on+du+(ssu+inducteur.+
- On" réalise" l’associaGon" de" blastomères" animaux" marqués" à" l’aide" d’un" composé"
fluorescent"et"de"blastomères"végétaGfs"non"marqués."
- On"constate"que"les"cellules"du"mésoderme"sont"fluorescentes."Elles"dérivent"donc"
des"blastomères"animaux"
! Les+ cellules+ de+ l’endoderme+ présomp(f+ induisent+ donc+ les+ blastomères+ sus2 jacents+à+produire+du+mésoderme.+
- L’expérience"C"montre"que":"
# Les" blastomères" dorsaux–végétaGfs" induisent" du" mésoderme" dorsal""
("chorde,"cellules"musculaires)."
# Les"blastomères"végétaGfs"latéraux"et"ventraux"induisent"du"mésoderme"
intermédiaire" (cellules" musculaires," mésenchyme)" et" ventral"
(mésenchyme,"cellules"sanguines)."
c2+Le+centre+inducteur+de+Nieuwkoop+
Les"expériences"réalisées"précédemment"sont"des"expériences"de"recombinaison"in"vitro"de"
blastomères.""
Qu’en"estVil"in"vivo"?"
! Expériences+ d’irradia(ons+ d’embryons+ et+ de+ greffes+ de+
blastomères+(Gimlich+et+Gerhart)+
- Ces"expériences"montrent"que"les"blastomères"dorsaux"végétaGfs"de"la"morula"sont"
capables"d’induire"un"axe"embryonnaire"sans"y"parGciper.""
- Ils" consGtuent" le"centre+ inducteur+ de+ Nieuwkoop," lieu" d’émission" de" signaux"
inducteurs"dorsaux."
Centre+ inducteur:+ ensemble+ de+ cellules+ influençant+ le+ devenir+ d’autres+ cellules,+ par+
produc(on+de+messagers+chimiques+agissant+par+contact.+
2°)+Le+fonc(onnement+du+centre+inducteur+de+Nieuwkoop.+
a2+Les+molécules+inductrices"
! Diversité+des+méthodes+d’études+:"cf"schéma"D."
! Etude+d’un+exemple+:+la+protéine+Vg1+
- A" forte" concentraGon," la" protéine" Vg1" induit" la" formaGon" de" mésoderme" de" type"
dorsal"lorsqu’elle"est"incubée"avec"des"calo[es"animales."
- A"faible"dose,"elle"induit"la"formaGon"de"mésoderme"ventral"quand"elle"est"incubée"
avec"des"calo[es"animales."
- L’injecGon"de"l’ARNm"Vg1"restaure"un"axe"embryonnaire"dans"des"embryons"irradiés"
par"des"UVs"
- L’injecGon"de"l’ARNm"Vg1"conduit"à"la"formaGon"d’un"axe"embryonnaire"surnuméraire"
si"il"est"injecté"dans"un"blastomère"ventral"au"stade"morula."
! La+ protéine+ Vg1+ est+ une+ des+ molécules+ impliquées+ dans+ l’ac(on+
inductrice+du+centre+de+Nieuwkoop.+
! Diversité+des+molécules+inductrices.+
- Les"molécules"inductrices"produites"sont"de"différents"types":"
- Ces" molécules" sont" présentes" de" manière" différenGelle" au" niveau" des" blastomères"
végétaGfs."
- La"cause"première"de"ce[e"disposiGon"différenGelle"est"la"rotaGon"du"cytoplasme"lors"
de" la" fécondaGon," qui" distribue" de" manière" différenGelle" les" déterminants"
cytoplasmiques"maternels."
- L’ARNm"VegT"est"ainsi"distribué"dans"le"cytoplasme"de"l’hémisphère"végétaGf."L’ARNm"
Vg1"est"concentré"dans"la"future"région"dorsale"de"l’embryon."
- Au"cours"de"la"segmentaGon,"la"ß"caténine"s’exprime"essenGellement"au"niveau"des"
blastomères"végétaGfs"dorsaux."
- Ceci"est"due"à"l’accumulaGon,"dans"la"région"dorsale"de"l’embryon,"de"protéines"qui"
inhibent" " sa" dégradaGon." Certaines" de" ses" protéines" sont" transportées" sur" des"
microtubules"par"interacGon"avec"la"kinésie."Pour"d’autres,"ce"sont"leurs"ARN"qui"sont"
transportés"vers"la"région"dorsale"lors"de"la"rotaGon"de"symétrisaGon."
# Dans" les" blastomères" végétaGfs" dorsaux" :" l’acGvité" de" Vg1," VegT" et" de" la" ßV caténine" entraîne" une" forte" expression" des" gènes" des" protéines" Nodal." Les"
protéines" Nodal" induisent" les" cellules" susVjacentes" à" devenir" du" mésoderme"
dorsal."
# Dans" les" blastomères" végétaGfs" ventraux," VegT" et" Vg1" contribuent" à" une"
expression" minimale" des" gènes" nodal," qui" avec" le" FGF" vont" induire" le"
mésoderme"ventral."
Molécules de la famille des facteurs de croissance fibroblastique (FGF) - nature peptidique-
Protéines sécrétées
FGF
Molécules de la famille des facteurs de croissance transformants (TGFß) - nature peptidique-
Protéines sécrétées
Vg1 Nodal
Facteurs de transcription VegT
ß-caténine
b2+La+compétence+des+cellules+qui+répondent+aux+molécules+inductrices.+
V"La"compétence"d’une"cellule"est"un"état"temporaire"récepGf"durant"lequel"les"cellules"sont"
suscepGbles" sous" l’acGon" de" messagers" chimiques," de" modifier" l’expression" de" leur"
informaGon"généGque."
V"Plusieurs"phénomènes"peuvent"contrôler"la"compétence"d’une"cellule"(cf"schéma"E)."
II2+La+régionalisa(on+fine+de+l’embryon+et+l’interven(on+des+gènes+homéo(ques+
1°)+La+régionalisa(on+du+mésoderme+somi(que++
- Au" cours" de" l’organogenèse," le" mésoderme" somiGque" se" fragmente" de" façon"
régulière," pour" former" les" somites," qui" apparaissent" les" uns" après" les" autres," de" la"
région"antérieure"vers"la"région"postérieure"de"l’embryon."
V" Le"somite"non"différencié"est"consGtué"uniquement"de"cellules"de"nature"épithéliale.""""""
V" Chaque"somite"se"différencie"de"façon"autonome"en"trois"régions":"""""""
¬" La"parGe"la"plus"profonde,"autour"de"la"corde"est"appelée"le"sclérotome."""""
Les"cellules"de"ce[e"région"se"divisent,"perdent"leur"caractère"épithélial"et"
deviennent" mésenchymateuses" :" elles" s’isolent," se" dispersent" et" migrent"
vers"la"chorde"et"le"tube"neural";"elles"sont"à"l’origine"des"vertèbres."
¬" La"parGe"moyenne"est"le"myotome":"elle"fournit"des"cellules"musculaires"""""
¬" La"parGe"externe"est"le"dermatome":"elles"fournit"les"cellules"du"derme."""""
¬" Myotome" et" dermatome" dérivent" du""""" dermomyotome." A" parGr" des"
régions" médianes" et" latérales" du" dermomyotome," des" cellules" migrent"
pour"former"le"myotome"qui"se"disGngue"du"dermatome"plus"dorsal."
V" Dans" la" région" des" membres," des" cellules" se" détachent" de" la" région" latérale" du""""""
myotome" pour" former" des" massifs" cellulaires" à" l’origine" des" muscles" squelekques"
des"membres."
2°)+Qu’est2ce+qu’un+gène+homéo(que?+
Mise+en+évidence+expérimentale+chez+la+drosophile.+
V"Chez"la"drosophile,"certaines"mutaGons"entraînent"le"changement"d'une"parGe"du"corps"en"
une"autre"ou"homéose."On"parle"de"transforma(on+homéo(que."Ces"mutaGons"ont"donc"
été" appelées"muta(ons+ homéo(ques" et" les" gènes" concernés" ont" pris" le" nom" de" gènes"
homéoGques."
V"Il"existe"deux"exemples"célèbres"chez"la"drosophile."Il"s'agit"des"mutaGons":"antennapedia+,"
où" des" pa[es" se" sont" formées" à" la" place" des" antennes;" et"bithorax" où" le" 3ème" segment"
thoracique"est"transformé"en"2ème"segment"thoracique;"le"résultat"est"une"mouche"avec"deux"
paires"d'ailes"au"lieu"d'une"seule."
No(on+de+gène+homéo(que.+
V"Un"gène+homéo(que"est"un"gène"dont"la"mutaGon"entraîne"une"homéose,"c’est"à"dire"le"
remplacement"d’une"région"du"corps"par"une"autre."
V" La" plupart" des" gènes" homéoGques," mais" pas" tous," se" caractérisent" par" une" séquence"
nucléoGdique" consensus" :" l'homéoboîte." Le" gène" homéoGque" code" pour" une" protéine"
appelée"homéoprotéine."
V" L'homéoprotéine" est" un" facteur" de" transcripGon" qui" possède" une" séquence" en" acides"
aminés"commune"à"toutes"les"homéoprotéines":"l’homéodomaine."
V" L'homéoboîte" est" une" séquence" de" 180" paires" de" bases" nucléoGdiques" qui" code" pour"
l'homéodomaine."
V" L'homéodomaine" est" une" séquence" de" 60" acides" aminés" dont" la" conformaGon"
tridimensionnelle"reconnaît"spécifiquement"des"régions"régulatrices"de"certains"gènes."Elle"
correspond"à"un"modèle"héliceVboucleVhélice."
NB":"Tous"les"gènes"à"homéoboîte"ne"sont"pas"des"gènes"homéoGques."
V"L’ordre"de"foncGonnement"de"ces"gènes"est"le"même"dans"l’espace"et"dans"le"temps"que"
leur"disposiGon"sur"les"chromosomes."
V"La"combinaison"des"produits"de"plusieurs"gènes"homéoGques"donne" "une"idenGté"relaGve"
aux"cellules"embryonnaires"le"long"de"l'axe"antéropostérieur"et"aussi"le"long"de"l’axe"dorsoV ventral."Chaque"cellule"embryonnaire"est"donc"affectée"d'une"valeur"posiGonnelle"au"sein"de"
la"populaGon"cellulaire"où"elle"se"trouve,"valeur"qui"résulte"d'une"combinatoire"de"plusieurs"
gènes"appartenant"homéoGques."
V" Les" gènes" homéoGques" appelés" aussi" gènes" sélecteurs," contrôlent" l’expression" d’autres"
gènes"qui"interviennent"dans"la"mise"en"place"d’un"organe."
- Chez"les"vertébrés,"on"observe"deux"les"gènes+Hox"qui"forment"4"grands"complexes"
situés"sur"des"chromosomes"différents"et"qui"interviennent"dans"la"polarité"antéroV postérieure"
- Les"gènes+ Pax+ sont+ des+ gènes+ du+ développement" impliqués" dans" l’organisaGon" le"
long"de"l’axe"dorsoVventral."Ils"sont"considérés"ou"non"suivant"les"auteurs,"comme"des"
gènes"homériques."
3°)+Implica(on+des+gènes+du+développement+dans+la+régionalisa(on+du+mésoderme.+
a2++Contrôle+de+la+régionalisa(on+dorso2ventrale+du+mésoderme+somi(que+
! Contrôle+géné(que+de+la+régionalisa(on+dorso2ventrale.+
V"Les"mutants"«"splotch"»"de"souris"ont"un"corps"plus"ou"moins"normal,"mais"l’absence"de"
muscles"dans"les"membres"et"également"pas"de"diaphragme"d’où"un"phénotype"létal"à"la"
naissance."
V"Le"gène"touché"par"la"mutaGon"est"le"gène"Pax3."
V"Il"fait"parGe"de"la"famille"des"gènes"Pax."
V"L’expression"du"gène"Pax"3"évolue"au"cours"du"développement"embryonnaire":"
# 1":"expression"dans"l’ensemble"du"somite"
# 2":"expression"dans"le"dermomyotome."
# 3":"expression"dans"les"zones"médianes"et"latérales"du"dermomyotome"à"
l’origine"du"myotome."
# 4":"forte"expression"de"Pax3"dans"les"cellules"qui"se"détachent"des"zones"
latérales"du"myotome."
- Les"gènes"Pax"définissent"le"posiGonnement"cellulaire"suivant"l’axe"dorsoVventral."
Ainsi"lors"de"la"régionalisaGon"des"somites,"le"gène"Pax3"est"exprimé"au"niveau"du"
dermoVmyotome"et"le"gène"Pax"1"au"niveau"du"sclérotome"
- L’expression"des"gènes"Pax"dans"les"somites"est"contrôlée"par"des"signaux"émis"par"le"
tube"neural"et"la"chorde."
b2+Régionalisa(on+antéro2postérieure+du+mésoderme+somi(que.+
! Exemples+d’implica(on+des+gènes+homéo(ques+dans+la+polarité+antéro2 postérieure+de+structures+mésodermiques.+
- Exemple"d’une"mutaGon"d’un"gène"Hox,"perturbant"l’organisaGon"antéroVpostérieure"
de"la"colonne"vertébrale"d’une"souris."
! Etude+de+la+régionalisa(on+des+vertèbres+
V"Les"somites"se"fragmentent"de"l’avant"vers"l’arrière"de"l’animal"(métamérisaGon)."
V"Une"fois"que"le+somite+s’est+individualisé,"il"est"le"siège"de"modificaGons"importantes"en"
foncGon"de"sa"posiGon"le"long"de"l’axe"AP.""
V"La"diversifica(on+du+mésoderme+somi(que+de+l’avant+vers+l’arrière"se"voit"ne[ement"au"
niveau"des"vertèbres+:"chacune"d’elle"a"des"caractérisGques"anatomiques"bien"définies"selon"
sa" posiGon" le" long" de" l’axe." Les"vertèbres"les+ plus+ antérieures" sont" spécialisées" dans" la"
fixaGon" et" l’arGculaGon" du" crâne" ;" après" les" vertèbres" cervicales," au" niveau" du" cou," se"
trouvent"les"vertèbres"thoraciques"porteuses"des"côtes"puis"celles"de"la"région"lombaire"qui"
en"sont"dépourvues"puis"finalement"celles"des"régions"sacrée"et"caudale."
V" Ce[e"diversifica(on+ AP" repose" sur" l’acquisiGon" par" les" cellules" mésodermiques" d’une"
valeur+de+posi(on"qui"traduit"leur"localisaGon"le"long"de"l’axe"AP"et"à"parGr"de"là,"détermine"
la"suite"de"leur"développement."
V"Dans"ce"phénomène,"il"y"intervenGon"de"gènes"homéGques"appelés"gènes"Hox."
II2+ Les+ mécanismes+ moléculaires+ et+ cellulaires+ associés+ à+ la+ différencia(on+ des+ cellules+ :+
exemple+des+cellules+musculaires+striées+squeledques.+
1°)+Présenta(on+générale+des+cellules+musculaires+striées+squeledques."
- Les"muscles"striés"squelekques"interviennent"essenGellement"dans"les"mouvements"
du"squele[e"(liaison"aux"os"par"les"tendons)"."
- Un" muscle" strié" squelekque" est" consGtué" de" cellules" contracGles" plurinucléées,"
extrêmement"longues,"appelées"fibres"musculaires"ou"myocytes"striés"squelekques."
Les"fibres"musculaires"peuvent"a[eindre"35"cm"de"long."
- Chaque"fibre"musculaire"est"riche"en"protéines"cytosquelekques"intervenant"dans"la"
contracGon"et"organisée"sous"forme"de"myofibrilles."
2°)+Les+grandes+étapes+de+la+différencia(on+d’une+cellule+musculaire+striée+squeledque.+
- Le" myotome" des" somites" est" à" l’origine" des" myoblastes" (blaste" =" cellule"
embryonnaire").""
- Myoblastes" =" cellules" précurseurs" déterminées" généGquement" " (" à" devenir" des"
cellules"musculaires")"mais"non"différenciées."Les"myoblastes"sont"les"précurseurs"
de"toute"la"musculature"vertébrale,"de"la"musculature"striée"squelekque"troncale"
et"caudale"ainsi"que"de"la"musculature"des"membres.""
- Les" myoblastes" sont" des" cellules" arrondies," à" fort" rapport" N/C," sans" myofibrilles"
développées.""
1V"Après"une"éventuelle"migraGon,"les"myoblastes"subissent"une"phase"de"proliféraGon."
2V"La"phase"de"proliféraGon"est"suivie"d’une"phase"de"différenciaGon":"myogenèse":"
# Arrêt"des"divisions"cellulaires"
# Fusion"des"myoblastes"en"myotube":"cellules"plurinucléées"(synciGum),"
allongées"de"plus"de"100"µm"de"longueur."La"fusion"fait"intervenir"des"
interacGons"entre"CAM,"en"parGculier"les"cadhérines."
# Synthèse"des"protéines"spécifiques"de"la"fibre"musculaire,"en"parGculier"les"
protéines"des"myofilaments"(acGne,"myosine)"et"organisaGon"des"myofibrilles."
V" Il" y" a" réparaGon" des" fibres" musculaires" à" l’aide" de" «cellules" satellites»" proches" des"
fibres"musculaires"et"qui"déclenchent"leur"différenciaGon"sous"l’acGon"d’un"signal"
3°)+Le+contrôle+de+la+myogenèse.+
" " "
- Les" facteurs" de" transcripGon" interviennent" de" manière" séquenGelle" lors" de" la"
formaGon"des"myocytes"à"parGr"des"cellules"embryonnaires."
- La"formaGon"des"myoblastes"apparaît"lorsque"des"facteurs+de+transcrip(on"comme"
les" protéines" de" la" famille"Myo+ D" et"Myf+s’expriment" dans" les" cellules" qui"
consGtuent"le"myotome."""
- Leur"expression"est"acGvée"par"le"gène"Pax3."MyoD"et"Myf5"entreGennent"ensuite"
l’expression"de"leur"propre"gène"(phénomène"d’autoVacGvaGon)."
NB":"Ces"facteurs"des"transcripGon"ne"sont"pas"acGfs"durant"la"phase"de"proliféraGon"
(inhibiGon"par"des"facteurs"de"croissance"tels"que"FGF)."
- MyoD"et"Myf"acGvent"l’expression"d’autres"gènes:"myogénine,"gènes"de"protéines"
de"structure""(protéines"contracGles)"et"d’enzymes"(créaGne"phosphokinase)."
