Biologie du 16 avril

Biologie du 16 avril
I/Développement des membres de l’homme
1) Formation du bourgeon / 2) Croissance du bourgeon
- Membre apparaisse en bourgeon à S5 chez l’homme.
- C’est l’accumulation des cellules du mésenchyme des lames latérales avec un replie
ectodermique par dessus.
- Sous l’influence de l’ectoderme les cellules de la somatopleure forment ce bourgeon.
- A S5 le membre supérieur a un légé avance par rapport au membre inférieur et cet écart sera
conservé au cours du développement.
- L’ectoderme présente au niveau du bourgeon un replie au niveau apicale : la crête apicale
ectodermique.
- Stylopode : premier segment du membre.
- Zeugopode : (zeugo = 2 en Grec) là où il y a 2 os (radius, ulna).
- Autopode : main ou pied.
- Valable pour tous les tétrapodes (animaux à partir des grenouilles).
- A S6 : apparition des sillons qui vont séparer les différents segments du membre, sillon entre
le futur zeugopode du futur autopode ce qui définit la futur palette des doigts à forme
polygonal car :
- Mort cellulaire programmé dans les rayons interdigités.
- Au niveau des futurs doigts les cellules du mésenchyme se multiplient activement
- Ce qui donne la forme polygonal  individualisation des doigts à S8.
- Forme polygonale aplatit dorso ventralement alors que la racine du membre est cylindrique.
- Un deuxième sillon apparaît entre le futur zeugopode et le futur stylopode.
- A S8 : les membres sont complètement développés.
3) Condensation du mésenchyme en cartilage
- Cellules du mésenchyme  se concentrent et sécrètent de la matrice cartilagineuse.
- 1ère ébauche de cartilage formé : fémur ou humérus vers début S6.
- Pour chaque membre les ébauches cartilagineuses apparaissent selon séquence proximo
distale (fémur, tibia, jusqu’aux phallanges).
- A S8, les dernières ébauches cartilagineuses à se former seront les phalangines (2ème
phalange) donc les 3ème se forment avant (exception).
4) Ossification
- Se fait plus tard de façon enchondrale : tissus cartilagineux  tissus osseux secondairement.
- A partir de la S12 au niveau de la diaphyse, le tissu osseux va progresser vers les 2
extremités mais il laissera 2 zones à chaque extremité qui sont toujours en cartilage : les
épiphyses qui commencent à s’ossifier autour de la naissance et continueront pendant la
croissance de l’individu.
- Entre diaphyse et épiphyse il reste le cartilage de conjugaison : où les cellules se multiplient
pour assurer la croissance des os en longueur et les cellules se multiplient plus activement
côté de la diaphyse que de l’épiphyse.
- Vers 16/20 ans (fin de croissance) : cartilage de conjugaison disparaît et la croissance est
terminé.
- La séquence d’ossification des diaphyses et épiphyses est très précise chez l’homme : Atlas
permettant de dater l’age de l’individu avec une radiographie tant qu’il est en période de
croissance.
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5) Musculature
- Différente origine que les os (qui venaient de la somatopleure).
- 2ème colonisation par les cellules du mésoderme qui viennent des somites qui se sont
différenciés en myotomes qui vont coloniser secondairement le bourgeon.
- Ces cellules donnent les muscles, les tendons et les os sésamoides (partie de tendon ossifié).
- Muscles important pendant le développement pour que la forme des os ait la bonne forme :
si bras cassé sur un enfant qui est en période de croissance les os peuvent avoir déformation
donc tout n’est pas que génétique mais il y a de l’épigénétique du à la mécanique du membre.
6) Articulation
-S6 : articulation entre 2 cartilages, comporte au début 3 zones :
- 2 couches de périchondre en continuité avec le périchondre des deux ébauches
cartilagineuses.
- Entre les deux il y a une zone intermédiaire constitué de mésenchyme synoviale qui va se
creuser de cavité  futur cavité synoviale (articulaire) et les cellules du mésenchyme
synoviale donneront la synovie = enveloppe qui est autour de cette capsule.
- Eventuellement le mésenchyme synoviale pourra persister dans la cavité articulaire pour
donner des structures comme les ménisques.
II/ Interactions déterminant les axes du membre.
1) Définition des axes
- Axe proximo distal : corps / doigts.
- Axe antéro postérieur : haut bas.
- Axe dorso ventral ou dorso palmaire.
- La crête apicale ectodermique est un repli : un bourrelet à l’apex du bourgeon (coupe
transversale).
- CAE fait tout le tour du bourgeon du membre.
- En dessous il y a le mésenchyme venant des lames latérales, celui ci se multiplie très
activement juste en dessous de la CAE  c’est la zone de progression, c’est par là que le
bourgeon va grandir.
- Zone d’activité polarisante (ZPA) est une zone de mésenchyme en région postérieur.
2) Importance de l’AER dans la croissance proximo distal du membre.
- Enlever la CAE et regarder comment se développe le membre  le membre sera tronqué.
- Plus on intervient tôt plus le membre sera tronquer.
- Les cellules du mésenchyme se multiplient de façon active tant qu’elles reçoivent un signal
envoyer par la crête apicale qui produit des facteurs de croissance.
- Au fur et à mesure que les cellules se multiplient activement, certaines restent dans la même
zone, d’autres sont laissés derrière et commence à se différencier et mettre en place le
stylopode, le zeugo puis l’autopode.
- Facteurs de croissance sécrété par la CAE : famille des FGF (fibroblaste).
3) La ZPA et l’induction d’une polarité antéro postérieur.
- On a découvert son importance à la suite d’expériences qui ont permit de faire une
duplication en miroir de l’autopode : c’est avoir en plus des doigts normaux IV, III, II un autre
III et IV.
1- Prise d’un cube de mésenchyme de la région postérieur greffé en région antérieur sur un
membre d’embryon receveur et on observe la duplication en miroir  il y a quelque part dans
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ce mésenchyme une activité polarisante qui permet de faire en sorte que les doigts ne se
ressemble pas : plus près de cette activité on a des doigts IV puis III puis II et en miroir on a
IV, III, II, III, IV.
2- Même résultat en coupant un bourgeon du membre, rotation à 180° et refixer à un receveur.
3- Acide rétinoique = métabolite actif de la vitamine A qui est un puissant tératogène à forte
dose. L’absence complète de vitamine A provoque des fœtus mal formé. Si on greffe une bille
poreuse imprégnée d’acide rétinoique à concentration élevée  duplication en miroir.
- Modèle : l’acide rétinoique est un morphogène  on a imaginé qu’il y aurait dans la
ZPA beaucoup d’acide rétinoique. Autour de la ZPA la concentration est forte donc les
cellules du mésenchyme l‘« interprètent » pour faire un doigt IV, etc.
- Quand bille d’acide rétinoique greffé en région antérieur (schéma 2) : 2 pics qui
seraient « interpréter » par les cellules du mésenchyme pour faire IV…IV.
 On a crut que l’acide rétinoique agissait comme un morphogène = substance
diffusible provoquant un gradient et qui est « interpréter » par les cellules du mésenchyme
selon sa concentration, comme Bicoide avec la drosophile. Mais :
-On a pas réussit à démontrer que dans la ZPA il y avait une source qui produisait de
l’acide rétinoique.
-Pourquoi va t’il diffuser librement parmi les cellules du mésenchyme alors qu’il est
liposoluble : pas aussi simple que l’ARNm de Bicoid qui pouvait librement diffuser à travers
le blastoderme syntitial de la drosophile.
4- On s’est aperçut que le gène Sonic Hedgehog (SHH) est exprimé dans la ZPA, c’est un
facteur de croissance rencontré dans beaucoup de système d’embryologie. Dans le bourgeon
du membre ce peptide est sécrété par les cellules de la ZPA.
-Si on greffe en région antérieur des billes ou cellules modifiées pour surexprimer ce gène
donc ce peptide  duplication en miroir.
- (3) = artéfact : l’acide rétinoique est un tératogène, dérégule des gènes dont SHH en
augmentant son expression.
4) Définition du champs morphogénétique.
-Pourquoi un bourgeon de membre inférieur et supérieur à ces deux endroits précis ?
-Champs morphogénétique = ensemble des cellules qui vont s’organiser de façon + ou –
autonomes pour donner un organe / un tissu.
-Bourgeon du membre : CAE, le mésenchyme en dessous  ceci est semi autonome.
-Induire un champs morphogénétique de membre ailleurs ? faire un 3ème membre : prendre du
mésenchyme de la futur aile puis greffer en ectopique sur un embryon receveur entre la futur
aile et la futur patte.
-Si on greffe ce mésenchyme  3ème membre intermédiaire entre aile et la patte.
-Même résultat si on greffe un bille imprégné de FGF  induction de l’épaississement
de la CAE et sous son influence les cellules du mésenchyme se multiplient.
-Mécanisme : FGF8 sécrété par le mésenchyme du mésoderme de la lame latéral  formation
d’une CAE au dessus qui à son tour sécrète des FGF4  augmentation du mésenchyme 
bourgeon grandit.
5) Mise en place de la CAE et polarité dorso-ventrale
- Apparaît vite au niveau de l’ectoderme : dans l’ectoderme ventral est exprimé le gène
Engrailed 1 (homologue 1 du gène Engrailed de drosophile de polarité de segment).
-Dès que la CAE est formé se met en place une frontière nette entre l’ectoderme ventral
exprimant en-1 et l’ectoderme dorsal qui exprime le gène wnt –7a (homologue 7a du gène
Wingless de drosophile).
-En-1 est un facteur de transcription, dans les cellules l’exprimant le gène Wnt-7a est réprimé.
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-En-1 programme des cellules qui vont sécrétés des facteurs de croissance qui font qu’autour
on aura du mésoderme ventral donc frontière avec Wingless.
-Wnt-7a est produit que par les cellules de l’ectoderme dorsal et il diffuse principalement dans
le mésoderme dorsal qui possède des R-Wnt-7a qui vont activer des gènes dont Lmx-1 =
facteur de transcription caractéristique du mésoderme dorsal.
-Affirmation : souris où le gène En-1 est inactivé. Le bourgeon du membre se développe mais
il n’aura que des structures dorsales  les griffes font le tour du doigt, des deux côtés il y a
des extenseurs des doigts.
-Souris dont Wnt-7a est inactivé : bourgeon du membre se développe mais que des structures
ventrales : cousinnet plantaire des deux côtés, que des structures de fléchisseurs.
-Wnt-7a et En-1  régionalisation en dorso ventral.
III/ Morphogénèse du membre
1) Mort cellulaire
- Canard : palmure entre doigts.
- Poulet : zones de mort cellulaire programmé entre les doigts.
- Prélever des cubes de mésenchyme dans les régions interdigitées du poulet et on les greffe
dans la même région sur une patte de canard.
- La mort cellulaire est un moyen pour sculter la forme d’un organisme.
2) Les homéogènes dans le membre
- Utilisés pour régionaliser l’axe antéro postérieur chez la souris, drosophile, homme.
- Réutilisation d’homéogène groupe A (9 à 13) et D (9 à 13) pour aider à la morphologie des
membres : supposition.
- Expérience : Duplication en miroir de l’autopode en greffant une ZPA en région antérieur.
-Embryon a un côté opéré où duplication.
-Côté non opéré où développement normal.
-On opère entre 2/3 jours et si on attends J11 on l’aile gauche qui a été dupliqué, l’aile droite
normale.
-Regardons ce qui se passe à J4 : les homéogènes s’expriment normalement dans le bourgeon
du membre.
-Membre non opéré : d’abord d-9 s’exprime en région postérieur (comme la ZPA) et au fur et
à mesure que le bourgeon grandit le domaine de d-9 s’agrandit. Il y a une colinéarité
temporelle de l’activation des homéogènes : après d-9, d-10 s’exprime d’abord sur une petite
zone puis une zone qui devient + en + grande  domaine de d-10 emboité dans celui de d-9.
C’est pareil pour les autres jusqu’à d-13 le plus petit.
-Il y a donc aussi une colinéarité spatiale.
-Côté non opéré  patron normal d’activation des homéogènes : à l’instant t, d-9 a envahit le
bourgeon puis d-11 plus postérieur et d-13 encore plus.
-Autour de la ZPA le patron des homéogènes s’activeraient et quand on greffe une ZPA on a
une activation en miroir des homéogènes  implication sur les doigts.
3) Le membre chiridien
- = membre à 5 doigts des grenouilles à l’homme.
- Il aurait un axe principal qui passerait par l’humérus puis par l’ulna c’est à dire l’os le plus
postérieur du zeugopode, puis des os du carpe et ensuite toute l’arche des carpes distaux = à la
base des métacarpes.
- Au bout de chaque ébauche il peut s’en former soit une soit une bifurcation quand on est sur
l’axe principal.
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- Les bifurcations ne se font que de façon pré axial à partir de l’axe principal  plan commun
à la mise en place de tous les membre chiridiens.
- Les doigts « seraient » des bifurcations post axial.
- Ce plan de développement des blastèmes permet d’illustrer la notion entre les poissons et les
tétrapodes.
4) Schéma du développement des membres des vertébrés
- Chez poisson : la CAE induit des multiplications dans la zone de progression, c’est pareil
sauf que très vite se forme un repli ectodermique qui va priver cette progression et le repli
ectodermique va mettre en place les rayons osseux qui forment la nagoire du poisson. Donc
les rayons osseux des poissons n’ont pas d’homologue chez les tétrapodes.
- Patron d’expression des homéogènes : A un stade plus avancé du développement on
s’aperçoit qu’il y a une zone distale du bourgeon où d-9, d-10 ne s’expriment pas et à partir de
d-11 est comme s’il avait 2 domaines d’activation.
- Donc les homéogènes sont exprimés de façon colinéaire dans le bourgeon du membre tant
qu’on met en place, stylopode, zeugopode et l’arche distale des carpe.
- Pour les métacarpes on a un deuxième activation des 4 homéogènes les plus terminaux.
- Chez les tétrapodes les doigts sont un néomophisme [ pas d’homologue chez poissons ]
(=nouveau) qui est mis en place grâce à l’activation de certains homéogènes.
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