L`embryogenèse de la drosophile et la morphogenèse des

L'embryogenèse de la drosophile et la morphogenèse
des membres :
application des communications cellulaires
Les développementalistes se sont toujours intéressé à la symétrie de l'organisme, et ont voulu
savoir comment s'établit la polarité dorso-ventrale, l'asymétrie droite/gauche… On s'est rendu
compte que certains malades comparables à ceux de la mucoviscidose souffraient d'un
dysfonctionnement des cellules ciliées des bronches. De plus, une grande proportion de ces malades
avaient le cœur à droite…
La mise en place de l'axe droite/gauche n'est pas encore très bien connue, mais on sait qu'elle
commence au moment de la formation du nœud de Hensen. On trouve au niveau de ce nœud des
cellules ciliées qui assurent le passage de molécules informatives d'un côté à l'autre de l'organisme,
et établir ainsi l'asymétrie. Chez les malades étudiés, les cellules fonctionnent mal ou pas du tout, et
l'asymétrie se fait mal : c'est pourquoi le cœur se retrouve à droite…
Depuis 20 ans, on s'est rendu compte que les types moléculaires qui assurent la mise en place
des différents axes chez la drosophile se retrouvent chez l'homme : on a donc pensé que les
mécanismes développementaux sont très conservés dans les différents phylum génétiques. On aura
tout de même des différences entre les organismes, mais les bases restent presque strictement
identiques.
I) La mise en place des asymétries
Dès le stade cellule œuf, on peut repérer des différences entre le pôle animal et le pôle
végétatif: les plaques vitellines ne sont pas de même taille, et on trouve une calotte colorée au pôle
animal. De plus, la pénétration du spermatozoïde dans l'ovocyte provoque la rotation de la calotte :
on a alors apparition du croissant gris, qui définit le pôle dorsal de l'embryon, et on a également mise
en place du centre organisateur de Spemann.
Dans certains cas, ce seront les différentes molécules présentes dans l'œuf, et disposées de
manière inégale, qui pourront débuter la différenciation : on a donc un héritage maternel sous forme
d'ARNm et de molécules. Selon l'organisme que l'on étudie, l'héritage maternel jouera un rôle

fondamental, ou bien un rôle plus discret. Si on dessine une blastula d'Amphibien, alors on peut voir
des territoires présomptifs qui sont dus à la fois à l'héritage maternel et aux différentes interactions
cellulaires. Au stade morula chez la souris, on trouve 8 ou 16 blastomères peu cohésifs que l'on peut
facilement séparer. Ces cellules peuvent être cultivées seules, et en les réinjectant à différents
endroits dans une autre morula, alors on observe des destinées différentes (cf 1
e
cours) : c'est donc
que l'héritage maternel joue un rôle très faible par rapport aux interactions cellulaires. Les
Mammifères constituent un peu un cas particulier, car le développement embryonnaire est lié à
99,9999% aux interactions…
Chez les Amphibiens, on peut provoquer une division de la cellule œuf de telle manière que
chacun des blastomères obtenus possèdent un bout de croissant gris. On obtient alors 2 embryons
tout à fait normaux, et cela est dû à une régulation par un mécanisme épigénétique. Par contre, si on
provoque une division de la cellule œuf dans le plan équatorial, alors le blastomère qui ne contient
pas le centre organisateur de Spemann va rapidement dégénérer : dans ce cas, on n'a donc pas eu
régulation.
Chez l'oursin, si on coupe la cellule œuf en 4 blastomères selon l'axe animal/végétatif, alors on
peut obtenir 4 larves pluteus normales puis 4 oursins normaux. Par contre, si la division se fait dans
un plan équatorial, alors seules les cellules du pôle végétatif pourront donner une larve (avec les
cellules du pôle animal, on obtient une blastula anormale). Finalement, le sens de la division sera
très important pour l'établissement des différents axes, mais selon les organismes, on aura une plus
ou moins grande importance.

On voit bien que le préformisme, cad l'héritage des facteurs maternels, et la régulation, cad les
interactions cellulaires, sont étroitement liées, mais l'un aura parfois l'ascendant sur l'autre, qui ne
s'exprimera presque plus (cas de l'homme).
L'héritage maternel est représenté par le stockage asymétrique de molécules synthétisées
pendant l'ovogenèse. Après les différentes divisions cellulaires, on aura donc une inégalité de
distribution des facteurs dans les blastomères. Ainsi, certains facteurs se retrouvent au pôle végétatif,
d'autres au pôle animal, mais d'autres encore ne seront pas localisés …
Driesh et Hoïstadius ont réalisé des travaux sur l'œuf d'oursin, qui présente une partie colorée
du cytoplasme. Ainsi, lors des 2 premières divisions (longitudinales), les 4 blastomères reçoivent le
même contenu, mais dès que l'on observe une division équatoriale, on obtient :
- des macromères colorés en orange
- des micromères et des mésomères non colorés
On sait de plus que si l'on divise la blastula selon un plan polaire, alors on pourra obtenir 2
embryons normaux, mais si on la divise selon un plan équatorial, alors les blastomères ne sont pas
capables de donner un embryon normal. Driesh et Hoïstadius ont alors divisé l'embryon en différents
étages : les mésomères d'un côté, et le pôle végétatif de l'autre, mais on subdivise ce dernier en 3
parties (les micromères, le végétatif 1 et le végétatif 2.
Ils ont alors réalisé différentes associations (mésomères +
une des 3 autres) afin de voir lesquelles sont capables de
donner un embryon normal :
- avec les micromères, on obtient une larve pluteus
normale
- avec le végétatif 2, on obtient une larve pluteus avec
quelques défauts
- avec le végétatif 1, on obtient une larve franchement
différente
Finalement, l'association entre les mésomères et les
micromères reconstitue un embryon tout à fait normal, alors
qu'avec les 2 autres parties, on obtient un embryon anormal qui
a été plus ou moins corrigé. Driesh et Hoïstadius ont donc
supposé qu'il y avait une molécule capable de réorganiser un
axe animal-végétatif, et cette molécule serait un morphogène
synthétisé par les micromères. Cette molécule donne des
indications aux cellules situées au-dessus afin d'initier un axe
normal : dans un embryon classique, le morphogène va diffuser
et on aura donc installation d'un gradient. Finalement, le
morphogène va donner un information de position.
Dans l'expérience de Driesh et Hoïstadius, les
micromères fabriquent toujours le morphogène en grande
concentration, et on aura ensuite un gradient au sein même du
pôle animal : les cellules de la base de la partie animale se
transforment sous l'influence de ce facteur pour devenir "plus
végétative" que les autres. On a une véritable
reprogrammation des cellules grâce au morphogène. Dans la partie végétatif 2, la concentration en
morphogène est déjà moins importante dès le début de l'expérience , puisqu'on a déjà eu diffusion :
les cellules de la base de la partie animale recevront donc assez moins de molécules de morphogène
que dans la 1
e
expérience, et elles ne deviendront qu'un peu "végétative". Finalement, la
détermination des cellules mésomériques est assez peu poussée, puisque le morphogène est capable
de les reprogrammer.

On pourrait se demander pourquoi les micromères sont les seuls à synthétiser le morphogène?
En réalité, ce sont les seules cellules qui récupères le cytoplasme non coloré sous la bande colorée :
c'est donc l'héritage maternel qui leur confère cette propriété. Si on analysait d'autres interactions, on
pourrait se rendre compte que la partie animale de l'embryon synthétise également un morphogène
qui diffuse dans le sens contraire du 1
e
. Cela paraît normal car un gradient nécessite toujours un
gradient contraire pour qu'il puisse demeurer : en effet, si on a production en permanence d'une
molécule, on va arriver à un équilibre et toutes les parties de l'embryon contiendront la même
quantité de morphogène. De la même manière, chez les amphibiens, l'organisateur de Spemann
synthétise des facteurs dorsalisants qui diffusent, mais il existe également des substances
ventralisantes dont le gradient est opposé.
Finalement chez l'oursin, l'axe animal-végétatif est donc déterminé par la présence de
micromères au pôle végétatif, et ils peuvent donc être comparés au centre organisateur de Spemann
qui assure la détermination de l'axe dorso-ventral. Le morphogène va modifier l'expression génique
de chaque cellule selon sa concentration : c'est un exemple toujours un peu théorique, mais on a pu
mettre en évidence un véritable morphogène chez la drosophile.
Wolpert a laissé une image de ces phénomènes de gradients de morphogènes en représentant
le drapeau français : si on a beaucoup de morphogène, alors le gène bleu sera exprimé. Si on a un
peu moins de facteur, alors ce sera le gène blanc, puis le gène rouge qui seront exprimés. On a donc
déterminé des champs morphogénétiques qui pourront être plus ou moins compliqués
(représentation simple avec le drapeau français, plus complexe avec le drapeau américain).
-Rm- Cuvier et St Hilaire travaillaient sur des analyses de morphologie comparée, afin de
comprendre un peu mieux l'évolution. Cuvier pensait que les animaux ont un plan d'organisation qui
leur est propre, et il est impossible qu'on passe d'un plan à l'autre. De plus, il pensait que si l'on
change quelques structures, alors l'organisme ne sera jamais viable. A l'opposé, St Hilaire considérait
que ces plans d'organisation étaient interchangeables, et que l'on pouvait modifier certains éléments
des plans sans pour autant faire mourir l'organisme. St Hilaire avait donc tout à fait raison, mais l'une
de ses déclarations avait posé des problèmes : "Les Insectes vivent dans leurs vertèbres". Il n'existe
pas de vertèbres chez les Insectes, donc cette affirmation est fausse, mais les métamères pourraient
correspondre à notre colonne vertébrale : on pourrait donc penser que les mécanismes moléculaires
sont les mêmes chez les Insectes et les Mammifères.

II) Le développement embryonnaire de la drosophile
1) Description générale
La drosophile est un animal de laboratoire depuis 100 ans, depuis Morgan qui avait voulu faire
de la génétique avec un organisme complexe. Le développement de cet insecte est très rapide, et on
peut donc très rapidement obtenir un élevage à partir duquel on fera des analyses biochimiques et
moléculaires. Le séquençage de la drosophile a été réalisé, et on a ainsi constaté que le génome
comprend 20 000 gènes, ce qui est très important.
Le développement de la drosophile ne nécessite qu'une semaine à 20°C, et on aboutit à des
adultes qui se reproduisent très rapidement. L'embryon obtenu après fécondation se développe en
24h environ : toutes les étapes qui assurent la mise en place des organes (segmentation,
gastrulation…) sont donc très condensées. On a alors éclosion d'une 1
e
forme larvaire, qui va muer
en 24h : on obtient alors une larve de 2
e
stade qui mue là encore au bout de 24h. La larve de 3
e
stade
est toujours semblables mais elle va vivre 48h : son installation dans le puparium va permettre le
déclenchement de la métamorphose par stimulation de l'ecdysone. La plupart des organes larvaires
vont alors être histolysés, sauf le SN, et on aura alors apparition des organes adultes pour obtenir
l'imago.
2) L'ovogenèse
On distingue 2 ovaires chez les drosophiles : ils sont
constitués de grappes d'ovarioles, et ils sont reliés entre
eux par des oviductes. Ces derniers se prolongent par des
canaux génitaux, et les ovocytes libérés (bloqués en
métaphase 1) pourront alors passer dans la spermathèque
pour être fécondés.