Organogenèse des membres

CAPES 2006-2007
Organogenèse des membres
cours: Christine Laclef
I. Formation du bourgeon de membre de vertébré
A-Organisation des membres chez les vertébrés
B- Morphogenèse du membre de vertébré
C- Spécification du territoire du membre
D- Induction du bourgeon de membre
II. Mise en place des axes de polarité du membre
A- Régionalisation proximo-distale
A.1. Le bourrelet apical ectodermique (AER: « Apical ectodermal ridge »)
A.2. La zone de progression (« progress zone »)
A.3. Expression régionalisée des gènes Hox
B- Régionalisation antéro-postérieure
B.1. La zone d’activité polarisante (ZPA)
B.2. Shh est la molécule de signalisation produite par la ZPA
C- Régionalisation dorso-ventrale
III. Spécification de l’identité des membres, antérieur versus postérieur
A- Spécification par les gènes Hox
B- Spécification par les facteurs de transcription Tbx
IV. Différenciation tissulaire dans le membre
A- Le squelette
B- Les muscles
C- L’innervation
D- la vascularisation
E- L’individualisation des doigts nécessite une apoptose morphogène
1
I – Formation du bourgeon de membre de vertébré
A- Organisation des membres de vertébrés
Différents axes de polarité bien visible au niveau de la main
2
A- Organisation des membres de vertébrés
Différents axes de polarité visibles
dans l’aile de poulet
3
A- Organisation des membres de vertébrés
Diversité de forme des éléments squelettiques,
mais conservation des subdivisions:
- Stylopode: élément proximal
- Zeugopode: élément médian
- Autopode: élément distal
4
29 jours
32 jours
embryons humains
AER
Morphogenèse du membre
M: mésenchyme
E: ectoderme
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B- Morphogenèse du membre
aile de poulet
patte antérieure de souris
6
C- Spécification du territoire du membre le long de l’axe antéro-postérieur
7
C- Spécification du territoire du membre le long de l’axe antéro-postérieur
 Rôle des gènes Hox
Formation du membre antérieur à la limite ant.
d’expression du gène Hoxc6
souris
vertèbre
somites
7 vertèbres
cervicales
13 vertèbres
thoraciques
6 vertèbres
lombaires
4 vertèbres
sacrées
8
C- Spécification du territoire du membre le long de l’axe antéro-postérieur
 Rôle des gènes Hox
souris
poulet
oie
python
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D- Induction du bourgeon de membre
1- Fgf10 sécrété par le mésenchyme (mésoderme latéral) induit l’expression de Fgf8 dans l’ectoderme
compétent sus-jascent, à la limite entre les régions dorsales et ventrales (future AER).
2- Fgf8 sécrété par l’ectoderme induit la prolifération des cellules mésenchymateuses sous-jascentes
(future zone de progression).
3- La sécrétion de Fgf8 par l’ectoderme induit l’expression de Shh à la limite postérieure du bourgeon de
membre.
4- La sécrétion de Shh induit l’expression de Fgf4 dans l’ectoderme postérieur du bourgeon de membre.
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Processus morphogénétiques mis en jeu lors de la morphogenèse du membre ?
établissement des axes ?
proximo-distal
antéro-postérieur
dorso-ventral
Spécification de l’identité antérieure vs postérieure ?
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II – Mise en place des axes de polarité du membre
A- Régionalisation proximo-distale du membre
 Le bourrelet apicale ectodermique ou AER (apical ectodermal ridge)
AER
M: mésenchyme
E: ectoderme
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A- Régionalisation proximo-distale du membre
 L’AER est nécessaire à la croissance
du bourgeon de membre
Exp: ablation de l’AER à différents moments
du développement du membre
Les structures proximo-distales sont spécifiées
progressivement au cours du temps:
- spécification précoce des structures proximales
- spécification tardive des structures distales
13
A- Régionalisation proximo-distale du membre
 L’AER est nécessaire à la croissance du bourgeon de membre
Fgf8 est la molécule de signalisation exprimée dans l’AER
Voie de signalisation Fgf:
Hybridation in situ révélant
l’expression de Fgf8
chez un embryon de poulet
à 3 jours de développement
14
A- Régionalisation proximo-distale du membre
 L’AER est nécessaire à la croissance du bourgeon de membre
 La zone de progression joue également un rôle important dans la croissance du membre
La zone de progression (progress zone): mésenchyme d’origine mésodermique adjacent à l’AER
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Exp. de transplantation d’AER
et de « progress zone » :
ectoderme d’âge quelconque
+ mésoderme distal d’embryon âgé
-> membre incomplet:
(seuls les éléments squelettiques distaux se forment)
ectoderme d’âge quelconque
+ mésoderme d’embryon jeune
-> membre complet 16
Résumé des expériences réalisées sur l’AER
et la zone de progression:
17
 Expression régionalisée des
gènes Hox dans le membre
Expression des gènes Hox des
groupes de paralogue a et d dans le
bourgeon d’aile de poulet
Expression différentielle le long
de l’axe proximo-distal
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 Expression régionalisée des gènes Hox dans le membre
Le même profil d’expression proximo-distale se retrouve dans les
bourgeons de membre antérieur et postérieur (poulet)
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 Expression régionalisée des gènes Hox dans le membre
Corrélation entre les combinaisons de gène Hox exprimés dans le bourgeon de membre
et la différentiation des différentes région du membre
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 Rôle des gènes Hox dans la morphogenèse du membre
Délétion d’éléments squelettiques des membres suite à la délétion de gènes Hox:
Chez la souris: le double mutant Hoxa-11,
Hoxd-11 n’a pas d’ulna et de radius
Chez l’homme: syndrome de synpolydactylie
résultant de mutations homozygote de HOXD-13
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II – Mise en place des axes de polarité du membre
B- Régionalisation antéro-postérieure du membre
 La zone d’activité polarisante
La ZPA est localisée dans la région postérieure
des bourgeons de membre
Exp. de greffe d’une ZPA
additionnelle dans la région
antérieure du bourgeon de membre:
-> Duplication en miroir de la région
distale du membre
CCL: La ZPA a une activité
postériorisante
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B- Régionalisation antéro-postérieure du membre
 La zone d’activité polarisante
Exp. de greffe d’une ZPA
additionnelle dans la région
antérieure du bourgeon de
membre:
-> Duplication en miroir de la région distale du membre
CCL: La ZPA a une activité postériorisante
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B- Régionalisation antéro-postérieure du membre
 Shh est la molécule de signalisation produite par la ZPA
Profil d’expression de Shh:
Hybridation in situ révélant l’expression de Shh dans la
région postérieure des bourgeons de membre
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B- Régionalisation antéro-postérieure du membre
 Shh est la molécule de signalisation produite par la ZPA
Mise en évidence du rôle de Shh:
Expérience réalisée pour tester le rôle polarisant de Shh:
1- Shh est transfecté dans des fibroblastes de poulet en culture
2- les fibroblastes transfectés (exprimant Shh) sont implantés dans la
région antérieure d’un bourgeon de membre
-> le résultat observé est identique à la transplantation de ZPA
CCL:
- Shh a une activité polarisante identique à celle de la ZPA
- Shh est la molécule de signalisation responsable de
l’activité polarisante de la ZPA
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Activité inductrice de Shh est proportionnelle à sa concentration: Shh constitue un gradient morphogène
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B- Régionalisation antéro-postérieure du membre
 L’acide rétinoïque mime l’activité polarisante de la ZPA
Exp. de greffe de billes imprégnées d’acide rétinoïque dans la région antérieure du bourgeon de membre
-> duplication en miroir de la région distale du membre
-> action postériorisante similaire à celle de Shh
Signification physiologique ???
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II – Mise en place des axes de polarité du membre
C- Régionalisation dorso-ventrale du membre
Des gènes différents sont exprimés dans les régions dorsale et ventrale du bourgeon de membre
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 Intégration des différentes informations de position
Position d’une cellule définie selon les 3 axes
- proximo-distal (Fgf8, Fgf4)
- antéro-postérieur (Shh)
- dorso-ventral (Wnt7a/En1)
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 « Cross-talk » entre les différentes voies de signalisation
1- établissement de la ZPA par l’AER
2- Induction de Fgf4 dans l’AER par Shh
3- Maintenance mutuelle de Fgf4 et Shh
4- Maintenance de Shh par Wnt7a
30
31
III – Spécification de l’identité du membre, antérieur vs postérieur
Exp. de transplantation de mésoderme:
mésenchyme prélevé au niveau du
membre antérieur
greffé au niveau du membre postérieur
-> formation d’un membre chimère
CCL: il existe une identité
de membre antérieur
conservé dans l’explant
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A- Rôle des gènes Hox dans la spécification de l’identité des membres
Le développement des membres est différent
pour les membres antérieur et postérieur.
Des gènes sélecteurs différents sont
exprimés dans le mésenchyme au niveaux
où sont induits les membres antérieurs et
postérieurs.
L’expression de ces gènes sélecteurs
différents est sous contrôle des gènes Hox:
combinaisons de gènes hox différentes
antérieurement et postérieurement
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III – Spécification de l’identité du membre, antérieur vs postérieur
B- Rôle des facteurs de transcription à homéodomaine Tbx
Bourgeon d’aile
Bourgeon de patte
Expression de Tbx4
dans le bourgeon de membre postérieur
Expression de Tbx5
dans le bourgeon de membre antérieur
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B- Rôle des facteurs de transcription à homéodomaine Tbx
Greffe de bille de Fgf entre les
bourgeons de membre antérieur
et postérieur
Si greffe à proximité du membre antérieur:
-> induction de Tbx5
-> membre antérieur additionnel
Si greffe à proximité du membre postérieur:
-> induction de Tbx4 35
-> membre postérieur additionnel
B- Rôle des facteurs de transcription à homéodomaine Tbx
Greffe de bille de Fgf entre les bourgeons
de membre antérieur et postérieur
Si greffe à équidistance des membres ant et post:
-> induction de Tbx5 ant
-> induction de Tbx4 post
-> membre additionnel chimérique
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B- Rôle des facteurs de transcription à homéodomaine Tbx
Greffe de bille de Fgf entre les bourgeons de membre antérieur et postérieur
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IV – Différenciation tissulaire dans le membre
A- Le squelette, les tendons et le tissu conjonctif proviennent du mésoderme latéral
Ossification endochondrale progressive des éléments squelettiques mis en place
Poulet à 19 j
38 17 j
Souris
B- Les muscles des membres sont formés à partir de précurseurs somitiques
Exp. de greffe caille-poulet
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Différentes étapes de la myogenèse à l’échelle cellulaire
DETERMINATION
MyoD, Myf5
DIFFERENCIATION
Myogénine, Desmine, MHC
FUSION
Migration
Pax3, cMet, Lbx1
MATURATION
Morphogenèse
Précurseurs
myogéniques
Myoblastes
Myotubes
Fibres
musculaires
matures
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Différentes étapes de la myogenèse à l’échelle de
l’embryon
1- Myogenèse somitique
E8.5 ………… E12.5
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Différentes étapes de la myogenèse à l’échelle de
l’embryon
2- Myogenèse primaire
3- Myogenèse secondaire
étape de morphogenèse musculaire
étape de croissance musculaire
par augmentation du nombre de fibres
E12.5 ………………………..……… E15.5
…………………………….…… E18.5
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Différents compartiments myogéniques
épaxial
hypaxial
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VI – Différenciation tissulaire dans le membre
C- Innervation des membres
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D- La vascularisation
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E- L’individualisation des doigts nécessite une apoptose morphogène
importance relative de l’apoptose morphogène variable en fonction des espèces
Exp. transplantation d’ectoderme et
de mésoderme:
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CCL: Grande conservation au cours de l’évolution des mécanismes
moléculaires impliqués dans la morphogenèse des membres
47
 Anatomie des éléments
squelettiques proximaux des
membres de vertébrés
membre antérieur
membre postérieur
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