La gastrulation - DSI friends 972

La gastrulation 1°) introduction La gastrulation correspond a la troisième phase du développement, elle assure l’agencement des trois feuillets embryonnaire fondateurs du plan d organisation primaire de l embryon a savoir, l endoderme, l ectoderme, et le mésoderme. Les cellules fondatrices de l ectoderme formeront l’épiderme et le système nerveux central initial, ces cellules se distribuent à la surface de l embryon. Les cellules fondatrices du mésoderme produiront les chordes, les somnites, les pièces intermédiaires des lames latérales. Ces cellules se positionnent a l intérieur de l embryon. La région la plus profonde de l’embryon se met en place, une nouvelle cavité qui constitue la future lumière. Cette cavité s’entoure des cellules fondatrices. 2°) structuration de l embryon par des mouvements morphogénétiques Chez tous les vertébrés, la gastrulation se manifeste par des mouvements morphogénétiques complexes qui impliquent toutes les cellules de l embryon et les conduisent a établir entre elles des interactions, communications et inductions. En 1929, VOGT a eu l’idée de suivre les cellules par des méthodes de coloration. Il a déposé a la surface d embryons d’urodèles, des fragments d agar contenant des colorants in vitro (colorant Nil) et du rouge neutre. Ces colorants ont diffusé et colorés les cellules au contact du fragment, l observation macroscopique a la loupe binoculaire après dissection permet de suivre le groupe de cellules marquées et de décrire le mouvement morphogénétique auquel il participe, les expérimentations réalisées chez les anoures et les urodèles ont permis de mettre en évidence cinq processus fondamentaux : -­‐l’ epibolie des cellules de l hémisphère animal, fondatrices de l ectoderme -­‐déclenchement de la gastrulation part invagination de certaines cellules -­‐mouvement de rotation de l endoderme qui positionne l endoderme pharyngien et prolonge, amplifie et oriente l invagination du mésoderme. -­‐extension convergente des cellules de la zone marginale associée a l intercalation en superficie et en profondeur des blastomères de cette région -­‐migration active des cellules fondatrices du mésoderme sur la face interne des cellules du blastocoele quand on observe l embryon , on constate que la gastrulation est initié par l apparition des encoches du blastopore , c est une dépression (trou) qui apparaît sous l équateur dans la région dorsale de l embryon . Elle est perpendiculaire au plan de symétrie bilatérale mis en place lors de la fécondation. Elle est limitée vers le pole animal par la lèvre dorsale du blastopore (voir images) -­‐la marque colorée 1, est déposée au niveau du pole animal dans le plan de symétrie bilatérale. -­‐ la marque colorée 2 est déposée dans la zone marginale dorsale au dessus de la lèvre dorsale du blastopore dans le plan de symétrie bilatérale. -­‐les marques colorées n°3 sont placées de part et d autres du plan de symétrie dans la zone marginale latérale. -­‐la marque 4 est placée dans l hémisphère végétatif. Les observations macroscopiques montrent que progressivement, les blastopores se déforment, la lèvre dorsale s incurve et se prolonge par deux lèvres latérales qui progressent vers le pole végétatif. La marque colorée n°1 s étend a la surface de l embryon dans le plan de symétrie bilatérale vers le pole végétatif, on dit que ces cellules sont soumises a des mouvements epibolies. La marque colorée n°2 a disparu la dissection de la gastrula montre qu’elle se situe a l intérieur de l embryon. Celle ci met en évidence le mouvement invagination. La marque colorée n°3, elle converge et va s étendre vers les lèvres latérales du blastopore. Ces lèvres latérales progressent l une vers l autre pour former la lèvre ventrale du blastopore qui devient circulaire. La marque colorée N°1, poursuit son extension à la surface de la gastrula. Les marques n°3 convergent, s étendent et s invaginent. La marque colorée n°4 ne se déplace pas. A la fin de la gastrulation, les lèvres latérales du blastopores progressent, deviennent adjacentes, le blastopore prend la forme d une fente , que l on nomme fente blastoporale , elle est caracterise la region posterieure de l embryon , et deviendra l anus des urodeles.Chez les anours , la fente blastoporale se ferme . Au niveau des taches , la marque n°1 est tres etendue , les marques colorées n°3 ont disparues de la surface , elles sont en profondeur , la marque colorée n°4 est incluse dans l embryon lors de la formation des levres laterales . La methode des marques colorées permet d analyser les mouvement cellulaire de surface mais aussi les mots a l interieur de l embryon si on realise des dissections de la gastrula . Les observations peuvent etre regroupées ; une carte de devenir presomptif des differentes regions de la gastrula pourra etre constituée . La comparaison des cartes chez les differentes especes , revele au moins deux faits marquants : -­‐les cellules d une meme region peuvent avoir des destinees differentes , selon leur position en superficie ou en profondeur de l’embryon . 1er fait marquant : chez les anoures et en particulier le xénope, les cellules fondatrices du mésoderme, sont localisées uniquement dans la zone marginale et en profondeur de la jeune gastrula. La couche de cellules externe du pole animal, est a l origine de l ectoderme. 2ème fait marquant : chez les urodèles et certains anoures, les cellules fondatrices du mésoderme, sont localises dans la zone marginale, en superficie et en profondeur de la gastrula. La migration des cellules semble être le moteur de la gastrulation chez les urodèles, chez le xénope, le mouvement que l on qualifie d’extension convergente, c’est le moteur de la gastrulation. Recemment , en 1999, a mis en evidence que dans la region dorsale de la gastrula , l endoderme , est le siege d un mouvement global de rotation , il prolonge l initiation de l invagination , provoquée par des cellules dites « en bouteille » et a donc pour consequence , le positionnement de l endoderme pharyngien , en amont du mesoderme et contre le toit du blastocoele. Il entraine les cellules du mesoderme céphalique , puis chordal ,vers l interieur de l embryon . Enfin il maintien ces cellules contre le toit du blastocoele, au niveau de la matrice extracellulaire . Ce chercheur a proposé que le mouvement de rotation des cellules de l endoderme, represente l evenement moteur initial de la gastrulation. Controles des mouvements de la gastrulation par des mécanismes cellulaires et moleculaires : a) deroulement de l epibolie a la surface de l embryon l epibolie met en place les cellules fondatrices de l epiderme : le processus d epibolie touche les cellules de l hemisphere animal , qui en surface de l embryon , tendent a recouvrir la gastrula ,pour donner les cellules fondatrices de l ectoderme . les mouvements different selon le nombre de cellules dans l epaisseur du pole animal . chez certains anoures , particulierement les xenopes , ou observe une couche de cellules superficielle et deux couches de cellules profondes , l epibolie se realise selon deux mecanismes : le premier , en surface , les cellules de la couche externe se divisent , et s aplatissent selon l axe pole animal / pole vegetatif . deuxieme mecanisme, en profondeur , les cellules s intercalent les unes entre les autres . l intercalation est dite radiale , c est a dire qu’elle se réalise selon les rayons de la sphere . les cellules les plus profondes changent de forme , emmettent des prolongements cytoplasmiques , que l on appelle les interdigitations ., et qui progressent vers la couche de cellules externes , et leur permettent de s intercaler avec les cellules sus-­‐jacentes. A la fin de la gastrulation , le toit du blastocoele est constitué de deux assises de cellules , a savoir une couche externe et une couche interne . L epibolie implique des modifications , des interactions , des cellules entre elles . Il existe des arguments expérimentaux suggérant l implications des cadhérines. Lorsque l ARN messager code pour la E-­‐cadhérines, non fonctionnelle, quand il est injecté dans les deux blastomères au stade 2 cellules ou dans un des blastomères au stade 8 cellules, on constate que l epibolie est perturbée . L embryon développe des déchirures voir des trous dans la couche externe du pole animal. Ces expériences, montrent que l association hémophilique est respectée, mais en absence du domaine cytoplasmique , les cadhérines ne vont donc pas se lier au cytosquelette . Ce qui modifie les interactions cellules-­‐cellules requises pour l epibolie. L epibolie implique des modifications de la cellule avec la matrice extracellulaire , dans ce cas , la fibronectine et son recepteur integrine interviennent . Une experience qui consiste a injecter des anticorps diriges contre la fibronectine , a provoqué un épaississement au niveau du toit du blastocoele . le meme phenotype est obtenu , lorsque la fonction integrine , de la famille des proteines β1 est bloquée. Dans le second cas , la matrice de fibronectine demeure intacte , alors que dans le premier cas , elle peut etre alteree ou absente , en fonction des concentrations d anticorps utilises . Dans les deux cas , il est montré que les fuseaux mitotiques , s organisent aleatoirement , dans les cellules de la couche profonde ,qui normalement sont en contact avec la matrice extracellulaire. Au contraire , chez les embryons temoins , les fuseaux mitotiques sont tous orientes parallelement a la matrice . ceci suggere que l interaction , fibronectine-­‐integrine , influence la polarité des cellules de la couche profonde . Ceci peut etre un element de contrôle , pour l intercalation des cellules . Le mouvement d extension convergente concerne les cellules de la zone marginale , chez le xénope les cellules profondes des zones marginales dorsales ,laterales , et ventrales s’ imbriquent les unes entres les autres par intercalation radiale . ce mouvement conduit a la formation d une assise unique de cellules , qui s’etend vers le pole vegetatif . En meme temps les cellules profondes au niveau de la levre du blastopore , changent de forme , elles sont soumises a une extension convergente , par ce que l on appelle intercalation medio-­‐latérale qui étend les cellules vers le pole animal . elles entrent en contact avec la matrice extracellulaire et elles migrent . Proteines wint(wnt) : ces proteines participent au mouvement d extension convergente , ( contraction wingles=proteine isolée chez la drosophile et le terme int qui signifie site d integration chez la souris ) ces proteines sont glycosylées , riches en cysteines et qui sont aussi sécrétées , elles sont connus aussi chez les drosophiles pour controler la formation et la polarité antéro-­‐posterieur des segments ,a savoir la tete ,les pattes et les ailes . ce sont des proteines de signalisation intercellulaire . leurs masse moleculaire varie de 39 a 46 kDa selon les especes . une fois secrétees , ces proteines se lient aux glycosaminoglycanes de la matrice extracellulaire et les complexes formés , interagissent avec des recepteurs des membranes plasmiques des cellules . ces recepteurs sont responsables de la reception et de la transduction des signaux produits par les proteines Wint. Ces signaux sont ensuite transduits par trois voies de signalisation intracellulaire : -­‐la voie β-­‐catenine la voie de polarité -­‐la voie calcique . Mouvement d’invagination L invagination est la consequence des cellulees fondatrices du mesoderme . elle est initiée par la formation d’une depression , notamment l encoche du blastopore, probablement liée a l apparition des cellules en bouteilles . Ces cellules « en bouteille » ont etees decrites et observees pour la premiere fois chez le triton , leur forme caracteristique serait produite par la contraction des filaments d actine dans la region apicale , et l allongement de leur corps cellulaire , dans la region basale . la modification de ces cellules , est liée a l induction du mesoderme , par Tgfβ et VegT . La mise en place des cellules en bouteille , engendre une traction (=force) sur les cellules adjacentes , qui va imposer une courbure de l’epithelium dans cette region . La courbure conduit a la formation de la levre dorsale du blastopore , au niveau de laquelle les cellules basculent a l interieur de l embryon . selon le meme principe la formation des cellules en bouteille progressent lateralement puis ventralement , entrainant la mise en place des levres laterales et ventrales du blastopore . En meme temps les cellules du pole animal , s intercalent et s etendent pour couvrir l embryon , au niveau des differentes levres du blastopore , les cellules de la zone marginale changent de forme , et on dit qu elles sont le siege de mouvement d’involution . Après leur involution et en profondeur , les cellules du mésoderme rentrent en contact avec les cellules du toit du blastocoele , et se dirige en direction du PA . c est ce que l on appelle la phase d’elongation de l invagination . elle est caracterisee par u ne migration active des cellules du mésoderme sur la matrice extracellulaire . Les cellules fondatrices du mesoderme qui penetrent dans l embryon au niveau de la levre dorsale du blastopore . puis qui migrent vers le pole animal , constituent ce que l on appelle le mesoderme axial et paraxial , c est a dire ce que l on appelle le mesoderme pré-­‐chordal ,chordal et somitique . A la fin de la gastrulation , les cellules situées dans le plan de symetrie de l embryon , s intercalent et s allongent selon l axe antero-­‐posterieur de l embryon . Ellle se séparent progressivement des cellules mesodermiques adjacentes , pour former la chorde . les cellules qui s invaginent au niveau des levres laterales et ventrales constituent une nappe de cellules qui contribuent a la formation de mesoderme intermediaire et ventral. Donc la mise en place du mésoderme provoque une réduction du blastocoele , qui est repoussée dans la région ventrale de la gastrula , et ce blastocoele disparaît a la fin de la gastrulation . Dans la region posterieure de la gastrula , l epibolie des cellules fondatrices de l’ectoderme , conduit a la fermeture du blastopore autour de l’endoderme , celui ci est donc passivement integrer a l embryon . La fermeture de ce blastopore isole une nouvelle cavité nommée archentéron . Le toit de l archenteron est constituée de mesoderme et son plancher est constituée de cellules fondatrices de l endoderme .