Embryologie des Vertébrés 60 € Coupe sagittale Cordé généralisé Phylum Cordés (ou Chordés) 1 Dessin Métazoaires coelomates à symétrie bilatérale, se définissant par 3 caractères originaux qui les opposent aux autres Métazoaires : 1. Tube nerveux (TN) dorsal. Neurulation. Epineuriens (autres : hyponeuriens) 2. Corde dorsale (ventrale p/r au TN). Cellules turgescentes. Squelette axial. Cordés. Métamère = somite 2 Dessins 3. Tube digestif ventral renflé antérieurement en un pharynx branchial. Communique à l extérieur par fentes branchiales (orifices pairs). Pharyngotrèmes. Hématose au niveau des arcs aortiques. Coupe transversale • Abdomen Cordé généralisé • Pharynx Phyl. Chordés : la taxonomie Autres caractères communs avec d autres groupes (Annélides et Arthropodes) : - Queue post-anale - Métamérisation. Nette chez l embryon et l adulte. altérée chez Les métamères : massifs musculaires répétés. = les somites - Appareil excréteur de type néphridien, au moins chez l embryon (tubules métamériques, coelome en relation avec l extérieur). BioGen B2 - 2017 - DC Gillan - UMons • Sous-Phylum Cephalochordata : Les Céphalochordés Amphioxus • Sous-Phylum Urochordata : les Urochordés Salpes et tuniciers • Sous-Phylum Vertebrata : les Vertébrés Poissons, tétrapodes (Amphibiens, Reptiles, Oiseaux Mammifères) 1 Ss–Ph Céphalohordés. Exemple de l Amphioxus Branchiostoma lanceolatum Branchiostoma lanceolatum Longueur adulte : 4-5 cm Sable grossier (600 μm) Ss–Ph Urochordés : Ascidies = tuniciers Tétrapodes Ss–Ph Vertébrés Poissons Sauropsidés Urochordés : Salpes Embryologie des Vertébrés Plan : 1. Les Oeufs des Vertébrés • Types d oeufs selon la charge en vitellus • Structures accessoires 2. Le développement embryonnaire • Oeufs hétérolécithes (Grenouille) • Oeufs télolécithes (Poule) • Oeufs alécithes (Mammifères : Homo sapiens) BioGen B2 - 2017 - DC Gillan - UMons 2 1. Les oeufs desVertébrés Classification selon la charge en vitellus : (1) Oeufs hétérolécithes : - Vitellus abondant - Répartition hétérogène dans le cytoplasme - Souvent : formation d un gradient : Pôle végétatif (ou vitellin) : bcp de vitellus. Pôle animal : peu de vitellus; comporte le noyau. Amphibiens (oeufs de 1-2 mm) Mais aussi - Lamproies (Agnathes Cyclostomes) - Osteichthyens « primitifs » (Chondrostéens, Holostéens, Brachiopterygiens, Dipneustes) (2) Oeufs télolécithes - Vitellus très abondant, séparé du cytoplasme. - Cytoplasme + noyau au pôle animal (disque germinatif ou embryonnaire) - Grands : jusque 90 mm Dipneustes Lamproies Cyclostomes Mammifères Monotrèmes Ex : Ornithorhynchus anatinus Reptiles et Oiseaux (Sauropsidés) Mais aussi : - Myxines (Agnathes Cyclostomes) - Chondichthyens (Requins, raies) - Ostéichthyens (Téléostéens et Coelacanthe) - Mammifères Monotrèmes. (3) Oeufs alécithes Les structures accessoires : - Sécrétions du tractus génital femelle; - Rôle protecteur et nourricier. Dépourvus ou très pauvres en vitellus. Caractéristique des Mammifères vivipares (perte au cours de l évolution). Oeufs de très petite taille (60 – 250 μm). # Vertébrés ovipares à fécondation externe : corona radiata (cell. folliculeuses) zone pellucide Amphibiens Agnathes Cyclostomes, la plupart des Osteichthyens. - Gangue mucopolysaccharidique (Amphibiens) - Téléostéens, Myxines : coque rigide par tannage quinonique de protéines. Micropyle : orifice permettant le passage des SZ. Micropyle Oeuf télolécithe de truite BioGen B2 - 2017 - DC Gillan - UMons 3 # Vertébrés ovipares à fécondation interne : # Mammifères vivipares : Chondrichthyens, Reptiles, Oiseaux, Mammifères Monotrèmes Thériens (Marsupiaux, Placentaires) - Fécondation (ou non) - L oeuf, télolécithe, s entoure d albumine (blanc de l oeuf, à rôle nutritif). - Coquille : l ensemble est enfermé dans des membranes protéiques dont la plus externe s imprègne de calcite (Reptiles, Oiseaux) ou se durcit par tannage (Sélaciens). - L oeuf est pondu entouré de cellules folliculeuses ovariennes (corona radiata). Les cellules folliculeuses se dissocient rapidement après la fécondation. - Entre cellules folliculeuses et ovule : membrane pellucide anhiste, sécrétée essentiellement par l ovocyte. - Le développement se fait dans le corps de la femelle. Généralités 2. Le développement embryonnaire La segmentation Définition : série de divisions successives de la cellule oeuf, sans changement de volume total, en cellules filles de plus en plus petites, les blastomères, qui restent coalescentes. 1. Selon la charge en vitellus : • Oeufs alécithes et hétérolécithes : segmentation totale (holoblastique) • Oeufs télolécithes : segmentation partielle (le vitellus ne se divise pas) ou méroblastique. 2. Selon la taille des blastomères : Segmentation spirale : Chez Annélides – Mollusques - Siponcles - segmentation égale : les blastomères ont la même taille. Cas des oeufs alécithes et télolécithes. - segmentation inégale : les blastomères sont chargés en vitellus. Le vitellus ralentit les mitoses. Les blastomères du pôle végétatif sont plus gros. Oeufs hétérolécithes. 3. Selon la position des cellules filles : - segmentation radiale : les cellules filles se superposent sur les cellules mères. Les plans de division sont perpendiculaires. - segmentation spirale : les cellules filles se décalent par rapport aux cellules mères, en effectuant une rotation dans le sens horaire ou anti-horaire BioGen B2 - 2017 - DC Gillan - UMons Les produits des divisions cellulaires se décalent par rotation dans le sens horaire ou anti-horaire, de sorte que les cellules filles se trouvent dans le sillon de la paire sous-jacente de cellules. 4 Le développement des oeufs hétérolécithes (Grenouille) Les grandes phases de l embryologie des Vertébrés : 1. Segmentation Exemple de Clivage de l oeuf en de nombreuses cellules. Formation d une morula puis d une blastula. 2. Gastrulation : formation d une gastrula 3. Neurulation : formation d une neurula Mvts cellulaires Mise en place feuillets et tube nerveux 4. Organogenèse : formation des membres, yeux, coeur, etc... Xenopus laevis le xénope Phyl. Chordata Cl. Amphibia O. Anura 5. Croissance Afrique du Sud 12 cm max Rotation d orientation : 30 min après la fécondation enveloppe vitelline Polarité de l oeuf La polarité de l embryon d amphibien dépend de la polarité de l oeuf Diamètre oeuf : 1 mm. Présence gangue gélatineuse. Plaquettes vitellines plus nombreuses au pôle végétatif. Pôle opposé : pôle animal. Le cytoplasme des ovules et oeufs n est pas homogène : Présence de ≠ gradients de concentration Grenouilles : le vitellus et les ribosomes forment un gradient La polarité de l oeuf déterminera la polarité de l embryon. ribosomes vitellus Pôle animal (PA) noyau Les deux pôles contiennent ≠ types de mRNA. Avant la fertilisation : symmétrie radiale (axe antéro-postérieur). Pôle végétatif (PV) BioGen B2 - 2017 - DC Gillan - UMons 5 La fertilisation délimite les zones dorso-ventrales : Environ 1h30 après la fécondation, le cortex de l oeuf va subir une rotation p/r au cytoplasme profond : rotation corticale. Le cortex de l oeuf se déplace d environ 30 p/r au cytoplasme profond, dans la direction du point d entrée du SZ. V D PA D V PV La rotation du cortex produit la symétrisation du zygote : Dos = croissant gris, opposé au point d entrée du SZ. Ventre Gauche Droite Le plan de symétrie bilatérale sera maintenu dans l embryon puis dans l animal. La symétrisation est générale chez les animaux (saufs éponges et cnidaires). Se perçoit particulièrement bien chez Amphibiens. Vues latérales gauches Segmentation : totale (holoblastique) – inégale – radiale Le zygote va ensuite subir le premier clivage (mitose). Le premier plan de segmentation est méridien. Stade 2 blastomères. La taille totale ne change pas, ainsi qu au cours des divisions suivantes. Les deux premiers plans de clivage passent par l axe de polarité primaire (PA-PV). Le 3e plan de clivage, perpendiculaire, est sus-équatorial : stade 8 blastomères. - 4 blastomères végétatifs : macromères - 4 blastomères animaux : micromères Les divisions sont rapides : absence de phases G1 et G2. BioGen B2 - 2017 - DC Gillan - UMons 6 Rappel : les phases du cycle cellulaire synthèse ADN Segmentation radiale interphase : 90% du temps phase G1 phase S phase G2 S G2 G1 pas de synthèse d ADN "attente" Synthèse de protéines et d organites. Blastocoele M phase mitotique (phase M) + cytocinèse 10% du temps Les divisions suivantes se font suivant une alternance de plans horizontaux et méridiens. Au stade 16 blastomères, l embryon a une forme de petite « mûre » : stade morula. Les blastomères sont d autant plus petits qu ils sont proches du PA. Morula 16 blastomères (4 div.) 4096 bl. (12 div.) TB Blastula (coupe) A la TB, les phases G1 et G2 apparaissent : les mitoses prennent plus de temps. Après 12 divisions (212 = 4096 blastomères) : transition blastuléenne (TB) qui mènera au stade blastula. A la transition blastuléenne : • Les divisions deviennent asynchrones (rapide au PA) • Apparition des phases G1 et G2 • Reprise de la transcription (synthèse de mRNA) • Creusement progressif d une cavité : le blastocoèle La durée des divisions devient inégale principalement à cause de la surcharge en vitellus des blastomères végétatifs. Les divisions asynchrones vont faire que l embryon, massif pendant les premiers stades, se creuse d une cavité : le blastocèle. L embryon est alors appelé la blastula. Chez le Xénope, la segmentation est terminée en 24h à 18 C. La blastula comporte alors 30 000 blastomères. La blastula est une structure diblastique : 2 groupes de cellules entourant une cavité (le blastocèle) : - toit du blastocèle : cellules de l hémisphère animal Futur épiblaste et futur neuroblaste - plancher du blastocèle : cellules de l hémisphère végétatif Futur entoblaste Futur épiblaste et neuroblaste Futur entoblaste BioGen B2 - 2017 - DC Gillan - UMons 7 Formation du blastocèle : - fusion des espaces intercellulaires - entrée d eau par osmose suite à l entrée de Na+ (gonflement) Jonctions serrées à l extérieur et jonctions « gap » à l intérieur. Les cellules de l hémisphère animal, en contact avec le blastocèle, synthétisent une matrice extracellulaire (toit du blastocèle). Blastula diblastique Gastrulation : Blastula Gastrula Gastrulation : Phase du développement embryonnaire au cours de laquelle les feuillets embryonnaires se mettent en place. Elle se réalise par un ensemble de mouvements cellulaires, les mouvements morphogénétiques. Les détails diffèrent selon les groupes. Gastrula : blastomères répartis en 3 feuillets embryonnaires, à partir desquels s édifieront les organes de l embryon : Formation du blastopore Ventre Dos - feuillet externe : ectoblaste - feuillet moyen : mésoblaste ou cordo-mésoblaste - feuillet interne : entoblaste L embryon formé de 3 feuillets est appelé gastrula. Vue externe simple Sillon blastoporal Blastopore en anse de panier Vue externe avec marques colorées PA Mit au point par Vogt (1929) Vue dorsale Colorants : bleu de Nil, rouge neutre PV Bouchon vitellin Régression du bouchon vitellin BioGen B2 - 2017 - DC Gillan - UMons Le déplacement des blastomères peut être suivit. La destinée des territoires cellulaires peut ainsi être déterminée : on peut établir la carte des territoires présomptifs. 8 PA Carte des territoires présomptifs d une jeune blastula Dessin Neuroblaste encoche du blastopore = cordoblaste Epiblaste Mesoblaste blastopore Entoblaste Vue externe latérale gauche PV La gastrulation chez la grenouille : Blastopore ! Anus = Deutérostomiens - Apparition d une encoche : l encoche du blastopore (perpendiculaire p/r plan de symétrie bilatéral) - Le blastopore s incurve - Mouvement d épibolie (la marque colorée n 1 s étale) - Invagination (la marque colorée n 2) - Les marques colorées n 6 et 7 convergent vers le blastopore - Le blastopore devient circulaire - En fin de gastrulation les lèvres latérales du blastopore progressent l une vers l autre. (Echinodermes, Hémichordés, Chordés, Chaetognathes) Remarque : chez les Anoures (Grenouilles) le blastopore se fermera et le véritable anus est secondaire. gastrula âgée Vues internes en coupes sagittales schématiques épibolie Dessin Dessin Fin Avant Cordoblaste Entoblaste Coupes transversales Archentéron Dessin convergence Début de la neurulation Dessin Pendant divergence jeune gastrula invagination BioGen B2 - 2017 - DC Gillan - UMons En fin de gastrulation : embryon triblastique 9 En résumé : Neurulation et organogenèse chez la Grenouille Gastrulation blastula de grenouille : 4 mouvements simultanés 1. Invagination. Cordoblaste, mésoblaste et entoblaste. Formation d une cavité : l archentéron, ouverte au niveau du blastopore. Le blastocèle se réduit. L édification des organes à partir des trois feuillets embryonnaires se fait sensiblement de la même façon chez tous les vertébrés. 2. Epibolie : étalement de l ectoblaste en surface, par mitoses. Recouvrement de toute la surface externe de l embryon. Evolution de l ectoblaste : Neuroblaste Plaque neurale Gouttière neurale Tube neural Epiblaste Epiderme 3. Convergence : regroupement dans le plan sagittal des territoires de la future corde. 4. Divergence : le mésoblaste va s étaler entre l entoblaste et l épiblaste Formation d une plaque neurale Neuroblaste Neuroblaste Les bords de la plaque neurale se soulèvent en deux bourrelets neuraux qui se referment en gouttière neurale puis se soudent en tube neural. Neurulation. Caractéristique du phylum des Cordés. Le tube neural se différenciera en encéphale et moelle épinière. Epiblaste Coupe transversale d une gastrula PN : plaque neurale ECN : ébauche des crêtes neurales GN : gouttière neurale CN : crêtes neurales TN : tube neural BG : bandelette ganglionnaire PE : placode épiblastique BioGen B2 - 2017 - DC Gillan - UMons Crêtes neurales : tissu nerveux se séparant du tube neural après sa fermeture. Il s agit de deux cordons cellulaires de part et d autre du tube neural. Seront métamérisés et formeront des ganglions nerveux crâniens et rachidiens. Neurulation chez la Grenouille 10 Evolution du cordomésoblaste L épiblaste La corde s isole en une tige cylindrique axiale. Après la fusion des bourrelets neuraux, l épiblaste forme un revêtement continu au dessus du tube neural. Il se différencie en un épithélium pluristratifié caractéristique des Vertébrés : l épiderme de la peau. Le mésoblaste forme deux ailes pleines, épaissies dorsalement, dont les extrémités amincies s insinuent ventralement entre ectoblaste et entoblaste. Au niveau céphalique, des plages épithéliales limitées (placodes) s invaginent et peuvent s isoler de l épiblaste. Ce sont les ébauches des organes sensoriels (placodes olfactives, stato-acoustiques, latérales, cristalliniennes). Evolution du mésoblaste : marquée par trois séries d évènements plus ou moins simultanés : Evolution du mésoblaste : marquée par trois séries d évènements plus ou moins simultanés : a) Le mésoblaste se creuse d un coelome par schizocoelie. (rem : un phénomène d entérocoelie est aussi présent). Les coelomes gauches et droit fusionnent : coelome général. b) Chaque aile mésoblastique se subdivise en : Feuillet interne des lames latérales : splanchnopleure : contre l entoblaste. A l origine des muscles lisses et du tissu conjonctif qui forme la paroi non entoblastique du tube digestif, du coeur et des ébauches vasculaires et sanguines ou angioblastème, du cortex des gonades. - mésoblaste dorsal : zone des somites (ou épimère) - mésoblaste intermédiaire : zone des néphrotomes (rein) - mésoblaste ventral : zone des lames latérales (hypomère) coelome m. dorsal Feuillet externe des lames latérales : somatopleure : contre épiblaste. m. interm. A l origine d éléments mésenchymateux qui édifient le squelette des membres pairs et derme de la peau. m. ventral c) Segmentation (métamérisation) antéro-postérieure du mésoblaste dorsal et du mésoblaste intermédiaire : formation des somites et des néphrotomes. Les somites s isolent des néphrotomes et se différencient en trois parties : Dermatome : partie externe des somites (face à l épiblaste); se dissocie en un mésenchyme qui se différenciera en un tissu conjonctif : le derme de la peau. Myotome : paroi interne du somite face à la corde et TN. S étire dorso-ventralement et conserve sa métamérisation. Ses cellules se différencient en fibres musculaires striées formant la musculature somatique axiale et appendiculaire. Sclérotome : localisé à la base du myotome. Se dissocie et ses cellules prolifèrent en un mésenchyme squelettogène qui s organise en ébauches vertébrales autour de la corde et de la moelle épinière et en neurocrâne cartilagineux autour de l encéphale BioGen B2 - 2017 - DC Gillan - UMons 11 Cordé adulte • Les néphrotomes (isolés des somites) formeront l appareil urinaire. • Les lames latérales entourent le tube digestif. Formation d un mésenthère dorsal (MD) et ventral (MV). Coupe sagittale néphrotomes mésenthère dorsal Coupe transversale Evolution de l entoblaste • Appareils respiratoires branchial et pulmonaire : Sont d origine entoblastique : Le TD est renflé antérieurement en un pharynx branchial. • Epithélium du tube digestif - Vertébrés inférieurs aquatiques (Cyclostomes et Poissons) : L épithélium des fentes viscérales paires se différencie en branchies respiratoires Le reste, musculature et conjonctif, provient de la splanchnopleure et est donc d origine mésoblastique. • Glandes salivaires – Foie – Pancréas - Tétrapodes : un diverticule ventral de la région postérieure du pharynx se développe en épithélium pulmonaire. L entoblaste donne naissance à des bourgeons glandulaires qui se différencient en glandes annexes qui déverseront leur contenu dans le TD. Rem : chez les Tétrapodes, les branchies sont exceptionnellement présentes chez les larves d amphibiens. BioGen B2 - 2017 - DC Gillan - UMons 12