Processus fondamentaux de l`ontogenèse

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UE 3
Processus fondamentaux de l’ontogenèse
M. KRAMER
PLAN
Chap I : la cellule et son environnement : les récepteurs pour les ligands solubles et les
molécules d’adhésion. Introduction aux molécules d’adhésion, comment ont-elles été
découvertes et leur subdivision en sous-classes en fonction des homologies de séquence.
Chap II : la famille de molécules d’adhésion des intégrines ; connecter la matrice
extracellulaire avec le cytosquelette et leur rôle dans la survie cellulaire et la prolifération.
Chap III : les cadhérines et les interactions cellule-cellule ; leur rôle dans la compaction de
l’embryon au stade morula du développement, la polarité cellulaire et le maintien de
l’intégrité des tissus épithéliaux ; leur rôle de suppresseur de tumeur.
Chap IV : la migration cellulaire, le rôle des GTPases de la famille RHO et la dynamique du
cytosquelette.
Chap V : apoptose, mort programmée pendant l’embryogenèse.
Chap VI : le rôle des molécules d’adhésion et du cytosquelette dans la sculpture de
l’embryon ; le plan de division de la cellule ; la ceinture d’actine et la gastrulation, la
migration cellulaire pendant la gastrulation ; la formation du tube neural et des membres.

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Chapitre I
Fig 1.1 : les cellules épithéliales sont attachées à la lame basale. Cela suppose des interactions
fortes entre cellule-cellule et cellule-lame basale, soit l’adhésion des cellules aux surfaces et
aux autres cellules. Les molécules d’adhésion se comportent à la fois comme une cible des
signaux générés à l’intérieur de la cellule (inside-out signalling) et comme des récepteurs à
partir desquels des signaux intracellulaires sont émis (outside-in signalling), car la molécule
d’adhésion signalise à l’intérieur de la cellule qu’elle est accrochée.
Ces deux aspects sont bien illustrés par le rôle joué par les molécules d’adhésion en tant que
molécules régulatrices de la survie cellulaire, de la prolifération cellulaire et de la migration
cellulaire.
Les molécules d’adhésion jouent donc un rôle déterminant dans le développement
embryonnaire, dans lequel les 3 rôles cités sont essentiels à la sculpture de l’organisme.
La liaison des cellules à la matrice extracellulaire et leur attachement à d’autres cellules
s’effectuent grâce à des molécules d’adhésion spécifiques. Initialement, les molécules
d’adhésion ont été décrites comme des molécules collantes. Une sorte de colle n’ayant pour
application fonctionnelle que l’adhésion. On sait maintenant qu’elles agissent comme des
molécules signalisatrices à part entière. Elles sont décrites comme des récepteurs en tant que
tel. Cependant, à l’inverse des récepteurs aux hormones et neurotransmetteurs, les ligands qui
interagissent avec les molécules d’adhésion sont généralement insolubles. Ce sont souvent des
molécules d’adhésion elles-mêmes, présentées par les cellules adjacentes ou par des
composants de la matrice extracellulaire. Les molécules d’adhésion sont arrivées sur le devant
de la scène dans les années 70 lorsqu’on a fait le point sur les investigations relatives au
développement du cerveau. On a alors réalisé que l’organisation très précise des cellules
nerveuses au sein du système nerveux central devait faire appel à un processus dynamique de
guidage des cellules d’une part et d’adhésion cellulaire d’autre part. Ces mécanismes
régiraient le processus de croissance orientée des neurones et également la formation des
synapses. A l’époque, trois idées furent considérées :
1. Au cours du développement, afin d’établir les contacts cellule-cellule précis, les cellules
intéragissantes devaient chacune présenter des molécules d’adhésion unique ayant une
complémentarité restreinte. C’est l’hypothèse de la chimio-affinité.
2. Il existe un groupe limité de molécules d’adhésion mais possédant e capacité de liaison
modulable dans le temps :
Liaison
spécifique
sélective
Liaison
spécifique
sélective

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Par exemple, les cellules, au cours de différentes phases de leur vie, présenteraient la même
molécule, mais durant la croissance des neurones, ces molécules d’adhésion se trouvent dans
un état de basse affinité. A un moment donné et par le jeu de modification covalentes, la
cellule ferait basculer cet état de basse affinité vers un état de haute affinité, permettant ainsi
de lier le contre-récepteur correspondant sur n’importe quelle cellule du voisinage.
3. Possibilité d’une interaction cellule-cellule faible, ce qui laisse de côté la notion de
molécules d’adhésion spécifiques. (interactions de type Van-der-Waals).
Il apparaît aujourd’hui que les deux premières théories sont exactes. Le nombre de molécules
d’adhésion est limité et leur capacité à interagir avec des contre-récepteurs (ligands) est
régulée par leur niveau d’expression (leur présence ou leur absence) mais aussi par leur état
d’activation (affinité). Fig 1.3
Dans le monde de l’immunologie, la combinaison de molécules d’adhésion exprimée à la
surface d’une cellule et leur état d’activation sont référencés comme un code postal.
La démonstration du rôle joué par la molécule d’adhésion dans les interactions cellule-cellule
provient des expériences d’agrégation utilisant Myxomycète.
Fig 1.4 : le Dictyostelium se nourrit de bactéries. Quand la source locale de nourriture est
épuisée, il passe alors au stade pluricellulaire de son cycle de vie. Le mécanisme d’agrégation
fait intervenir la propagation d’un signal chimiotactique d’une cellule à l’autre. C’est
l’APMcyclique qui est la substance active dans le processus de migration des cellules et
d’agrégation en amas pluricellulaire. En utilisant des Anticorps dirigés contre les molécules
de surface de Dictyostelium, une glycoprotéine de 80 kD a été identifiée comme responsable
de l’adhésion cellule-cellule. Soit l’anticorps qui empêche l’agrégation en amas
pluricellulaire :
Chez les vertébrés, la démonstration du rôle des molécules d’adhésion dans les interactions
cellule-cellule provient des expériences utilisant un protocole d’agrégation similaire. Il s’agit
là de tissu désagrégé.
Fig 1.5 : on peut dissocier les cellules par une protéase (trypsine)par exemple. D’abord
incapables de se réagréger, les cellules récupèrent leur propriété d’adhérence après une
certaine période de culture. Cette période suggère déjà que le processus de trypsinisation a
« dénudé » les cellules de leurs molécules d ‘adhésion et qu’elles sont ensuite réexprimées à
la surface cellulaire. Si on bloque les épitopes (reconnus par l’anticorps) à la surface de la
cellule avec des fragments monovalents FAB issus d’anticorps dirigés contre la membrane
cellulaire, on empêche la réagrégation des cellules
Ac monovalent
Ac divalent

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On a ainsi isolé la première molécule d’adhésion : la N-CAM ou Neuronal Cell Adherence
Molecule. Cette molécule ressemble en partie à la molécule d’adhérence décrite pour le
Dictyostelium
Les conclusions de ces travaux établissent que des molécules d’adhérence particulières
régissent les interactions cellule-cellule.
Les molécules d’adhésion ont reçu le nom correspondant à
 Leur fonction. (ICAM : inter-cellular adherence molecule).
 Leur localisation (MAC-1 dans le macrophage)
 Une combinaison des deux (ELAM : endophilium localised adherence molecule)
 Leur moment d’induction (VLA-4 pour very late antigene)
 Leurs propriétés d’intégration (intégrines : lien entre matrice et cytosquelette)
 Selon la reconnaissance à un anticorps (CD11b)
 Clonage (2M)
On a en fait 2M, CD11b et MAC-1 qui sont la même molécule !
La superfamille des immunoglobulines :
Fig 1.6
C’est une très grande famille.
La N-CAM en fait partie.
Ce sont des protéines de surface qui présentent une série de domaines de type
immunoglobuline à leur extrémité Nter.
Ces domaines, les domaines Ig, sont des structures globulaires comme des boucles stabilisées
par des ponts disulfures, résistant aux protéases. Les protéines de cette famille, au sein de la
famille des molécules d’adhésion, comprenant I-CAM et V-CAM, ont toutes un segment
détergent
Ac anti-Ac
Par centrifugation on récupère le culot. Avec
un ph4, on coupe l’interaction et on obtient la
protéine antigénique membranaire. On peut
après la séquencer…

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transmembranaire unique. La sous-famille des I-CAM peut être divisée en ICAM1, ICAM2 et
ICAM3. VCAM apparaît sous deux formes ayant soit 5 soit 7 domaines (variant d’épissage).
Sur fig. 1.6, VCAM a 7 domaines Ig.
La sous-famille des NCAM a deux formes : une forme liée avec des lipides une autre
transmenbranaire. Il existe aussi la sous-famille des PECAM (platelet endothelium CAM).
Jusqu’à présent, aucune voie de signalisation activée par ces CAM n’a été mise en évidence.
Leur affinité ne semble pas non plus pouvoir être modulée de l’intérieur. Elles sont
d’avantage considérées comme des ligands et non comme des récepteurs à part entière. Les
molécules d’adhésion Ig sont capables de lier des intégrines, des NCAM et NCAM peut se
lier à NCAM. Le facteur déterminant dans la régulation des interactions cellule-cellule dans
cette classe de molécules consiste en la régulation de leur niveau d’expression.
Les intégrines
Ce sont les molécules d’adhérence les plus dynamiques et les plus versatiles. Elles sont faites
de deux sous-unités liées de façon non covalentes :  de 150 à 200 kD et  de 90 à 110 kD.
Fig1.7
Les sous-unités possèdent un site de liaison pour Mg2+ et Ca2+. La présence de Ca2+ est
essentielle pour la liaison des intégrines à leur contre-récepteurs. Les intégrines peuvent se
lier aux ICAM, VCAM et MAD CAM et également à des composants de la matrice
extracellulaire et au fibrinogène. Le domaine intracellulaire de la sous-unité  peut-être
phosphorylé et ceci peut affecter l’activité de liaison. Cela peut être particulièrement
important pour la cellule en suspension (comme un leucocyte), pour inactiver les intégrines.
Pour les leucocytes, les chemokines (ou cytokines chimiocinetiques) jouent un rôle important
dans l’activation des intégrines. Sur le lieu de l’inflammation, les chemokines sont libérées
par les cellules attaquées, vont dans le sang, activent les intégrines des leucocytes, qui peuvent
alors remplir leur rôle cytotoxique sur la cellule attaquée. A l’inverse, pour la cellule des
tissus (poussant sur une matrice), les intégrines apparaissent dans un état d’activation
constitutif.
Fig1.7, les plaquettes adhèrent par certaines intégrines à la matrice grâce au fibrinogène. Les
intégrines ne sont activées qu’en cas de lésion.
Les cadhérines :
Ca2+ dependant adherence molecule
Les bases fondamentales de la morphogenèse animale sont régulées par la reconnaissance
intercellulaire de molécules d’adhérence spécifiques. Le processus d’adhérence le plus
précoce durant l’embryogenèse est la compaction de la morula. La molécule d’adhésion
uvomoruline (fig1.9) est capitale pour la transition de l’embryon à apparence raisin (uva) vers
apparence framboise (morula). Le Ca2+ est nécessaire pour l’activation de l’uvomoruline.
Les cadhérines constituent une grande famille de protéines (au moins 11 membres chez
l’homme) et elles sont classifiées selon des similitudes de séquences dans leur domaine
extracellulaire. CE sont les domaines cadhérines ou Ca2+ binding cadherine repeats (domaine
à liaison du Ca2+) fig. 1.10
Elles furent nommées initialement d’après le tissu à partir duquel elles furent découvertes : N-
Cadherine (neuronal), P (placenta), E (epitheliale) mais ceci n’a plus de sens puisqu’elles sont
largement distribuées. En général, les cadhérines participent à des interactions homotypiques
(adhésion cellule-cellule), se comportant à la fois comme un récepteur et comme un ligand.
Elles sont présentes dans les jonctions cellule-cellule (desmosomes) où elles sont associées à
des structures d’actine (cytosquelette) et des caténines dans le domaine intracellulaire. Dans
les tumeurs épithéliales métastasiantes, il y a une perte de localisation basolatérale de
cadhérines. Les cadhérines apparaissent alors comme des suppresseurs de tumeur.