Modèle cours

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CONSTRUCTION D’UN ORGANISME, MISE EN PLACE D’UN PLAN D’ORGANISATION
(32 HEURES)
Mise en place du plan d’organisation chez les Vertébrés
Acquisition du plan d’organisation de la grenouille et quelques modalités du
développement des animaux
(17 heures)
INTRO
- Présentation du contexte dans la progression pédagogique : dev des organismes
- Présentation des consignes du programme
Il s’agit de présenter les grandes étapes qui marquent le développement d’un organisme animal.
- On insiste dans un premier temps sur les principales acquisitions
- morphologiques,
- anatomiques et
- histologiques qui caractérisent les développements embryonnaires et post-embryonnaires.
- Les mécanismes cellulaires,
- moléculaires
- voire génétiques de certaines de ces étapes sont ensuite étudiés.
L’étude des différentes étapes du développement embryonnaire est l’occasion de présenter :
- l’acquisition du caractère pluricellulaire,
- les manifestations de la symétrisation et
- des polarités,
- la mise en place des feuillets
- induction et structuration du mésoblaste,
aboutissant au
- plan d’organisation commun aux Vertébrés (stade bourgeon caudal).
- régionalisation des somites,
La régionalisation des somites est l’occasion de présenter l’expression des gènes homéotiques.
- différenciation de la cellule musculaire squelettique,
- croissance d’un os long de Mammifère,
- Modèles de laboratoire : nématode, drosophile, amphibien (xenopus), poulet, souris
- cas particulier des amphibiens : 1930 greffe de territoires embryonnaires et inductions primaires sur
Tritus (n=12K)
- Remplacement progressif par urodèles plus résistants à la captivité (Pleurodeles, Ambystoma) :
compétence et détermination et régénération des tissus
- 1952 sur anoures : premieres transplantations de noyau (R. Briggs et T. Kings)
- 1962 Gurdon sur Xenopus (n=18K) : résistant, gd nbr d'embryons de même stade en m^me temps,
marqueurs génétiques, 1996 technique des embryons transgéniques ds lesquels on introduit et fait
exprimer un gène
- ICI : on traite indifféremment de la grenouille (amphibien anoure) que de xenopus (idem) ou triton et
ambystomes(urodèle)
- Méthodes :
- début XXeme : expérimentation (micorgreffes, ablation etc.) et mee des inductions,
- microscope optique, électronqiue, et analyse cellulaire
- 1970 bon en avant de la génétique du dev : criblage massif de drosophiles

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- biologie moléculaire independantes en 1970 : introduire de nouveaux gènes dans l'embryon ou une
lignée de cellules, activer un gène spécifique, supprimer le produit d'expression d'un gène (par
hybridation) à tout moment du dev, identifier une séquence d'ADN (génomique fonctionnelle de la seq
d'ADN à la molécule), combiné à
- biochimie : on sait repérer et analyser la fontion d'une seule molécule exprimée par un groupe de
cellules : approche moléculaire du dev
- Les principaux processus de dev ubiquite (du nématode à l'Homme) reposent sur qq gd types d'activité
cellulaire :
- prolifération
- communication,
- information de position
- changement de forme
- déplacements
- différentiation
- apoptose
- coordination précise dans l'espace et le temps par gènes de contrôle
PLAN : on divise pratiquement en 5 étapes majeures avec émergence à chaque stade d'une activité
cellulaire nouvelle qui ne peut avoir que si les étapes précedentes se sont correctement déroulées
- Fécondation : structure de l'oeuf, pole D/V, modifiée et acquisation d'un plan de symétrie
- Segmentation : structure pluricellulaire
- Gastrulation et Neurulation : 3 feuillets + allongement A/P et aplatissement D/V + ébauche syst
nerveux dorsal
- Organogenèse : à partir d'un plan d'orga primaire commun à tous les VERTEBRES, différentiation
des tissus et organes coordonnées pour un fonctionnement autonome
I. La fécondation de la cellule oeuf polarisée : acquisition d'un plan de
symétrie
1- Les réserves de l'ovocyte II en font une cellule polarisée et autonome
a) Une cellule oeuf protégée par 2 enveloppes
- enveloppe vitelline :
- structure : feutrage transparent de 4 à 7 nm
- nature : glycoprotéines (?) ponctuée de pores
- origine : élaborée par cellules folliculaires de l'ovaire
- gangue :
- structure gangue s.s externe + coque interne
- nature : dépôts concentriques de protéines
- origine : déposé par cellules de l'oviducte lors de l'ovulation
b) Des réserves assurant l'autonomie de cet oeuf hétérolécithe
- Rappel de nomenclature des réserves des oeufs : oligo (échino), alécithe (mammifères), télo
(reptiles oiseaux) ou centrolécithe (arthropodes)
- Rappels de l'ovogenèse : cellules germinales primordiales - ovogonie - ovocyte I (bloque au stade
diplotène de première division de méiose, lieu de la vitellogenèse) - ovocyte II

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- Les étapes de la vitellogenèse : prévitellogenèse de 2 à 3 ans puis vitellogenèse s.s de 3 mois environ
- Les Réserves endogènes : Nature
- aa, glucides, phosphore, vit, glycogène, ribosomes, liposomes, mito, ret endo, granules
pigmentaires et corticaux (dérivé golgien dense aux e- à glycoprot, mucopolysacch et prot
inactives)
- protéines (de strut, enz et précusrseurs, fact de transcription, de croissance)
- ARN t, m, r (formant organisateur nucléolaire : 500 copies, répliqué au stade pachytène
de méiose et activement dupliqué donnant 2000 copies d'ARN 40 primaire donnant , 28,
18, 5,8S sous forme d'ADN circulaire extranucléaire qui s'accumule à un pôle du noyau
formant cape nucléaire)
- Les Réserves exogènes : le vitellus
- mises en place au cours de la phase de vitellogenèse sous l'influence d'oestrogènes
produits par cellules folliculaires déclanchant transcription de ARNm de vitellogenine des
hépatocytes maternels. Endosecrétion de vitellogenine (470 KDa)dans le sang et passage
intercellulaire jusqu'à membrane plasmique de l'ovocyte. Récepteur membranaire type
Very Low LipoProt et endocytose à récepteur donne endosome puis fusion avec lysosomes.
Clivage de la vitellogenine en phosvitine et lipovitelline puis concentration et
deshydratation + cathepsineD (enz des lisosomes)
- représente 80 % des réserves de la cellule oeuf
- au final : 52% d'eau, 34.5 % de prot, 7.5 % lip, 3 % glucides 2% acides nucléiques
c) Une distribution hétérogène des réserves
- Notion de déterminant cytoplasmique :
- substance ou groupe de substances localisées dans le cytoplasme dans une région particulière ou
non de l'embryon ou d'une cellule.
- Il garantit l'acquisition d'un état d'engagement dans telle ou telle voie de différentiation aux
cellules qui en hériteront lors des divisions. En général associé au cytosquelette (moteur dynamique
de la répartion différentielle)
- Contribue à l'élaboration de divisions asymétriques engendrant deux cellules filles de taille inégale
et/ou de prorpiéts différentes dans un meme environement. Générateur de diversité cellulaire!
- Exemple de répartition asymétrique :
- An1, an2, an3, Xlan4 au Pole animal (PA)
- Vg1, Xwnt11 (les deux d'abord dans toute la cellule puis transportés vers PV grace aux
microtubules pour Vg1 associé à Vera en 3' et VegT mais pas pour Xwnt11 qui n'est pas sensible à
cochicine ou nocodazole et serait plutot transporté en meme temps que le smitochondries pdt
ovogenèse) VegT, Xcat2 (code pour une prot qui se lie aux ARN), Xcat3, Xdazl (impliqué dans
différentiation des cellules germinales), Xlsirt (ARN non traduit qui asure ancrage entre Vg1+Vera
et acitne assurant ancrage dans le cortex) sont au pole végétatif (PV)
BILAN
- La cellule fécondable possède :
- une symétrie radiaire (futur axe Antéro/Postérieur),
- polarité structurale (PA pigmenté, PV non pigmenté + vitellus + RNP) et
- une polarité moléculaire (ARNm = déterminants cytoplasmiques)

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2- La fécondation modifie la structure de l'oeuf : réorganise le cytoplasme :
réactions d'activation, rotation du cortex et acquisition d'un plan de
symétrie
a) Modalités de la fécondation
- fécondation pseudo-externe chez le urodèle : spermatozoïdes captés par la femelle et stockés dans le
cloaque
- fécondation externe chez les anoures : spermatozoïde entre en contact avec cordon gélatineux de la
gangue puis enveloppe vitelline assure capacitation spécifique de l'espèce (limite fécondations croisées)
- Le spermatozoïde est mobile et à structure classique L=28 m
- reconnaissance ovocyte/spermatozoïde
- fusion membranaire
- pénétration du centriole proximal et du noyau haploïde mâle
- donne spermaster dont microtubules s'associent à ceux du cortex promouvant le déplacement des nucleii
male et femelle vers région centrale de l'hémisphère animal ou ils fusionnent
Cascades de réactions membranaires, cytoplasmiques et nucléaires
Conduit à :
- activation du métabolisme,
- blocage de la polyspermie (sauf cas physologiques comme chez l'axotl qui donnera à partir de 6
spermatozooide max mais un seul participe à l'amphimixie),
- initiation du programme de dev
b) Réactions d'activation : des barrières à deux niveaux
- Première barrière ionique : dépolarisation très rapide suivie d'une repolarisation en qq min.
- Deuxième barrière physique :
- modalités : Libération du Ca2+, contration du cortex, expulsion des granules corticaux à partir du
point d'impact et se propage rapidement à toute la surface
- Conséquences : création de l'espace périvitellin (hydratation des mucopolysaccharide et
constitution d'un gel avec afflux de liquide + hydrolyse enzymatique des intraction entre enveloppe
vitelline et membrane plasmique)+ Formation de la membrane de fécondation (= chorion, par
polymérisation des glycoprot des granules qui ont traversé l'espace périvitellin)
- Rotation d'équilibration (=orientation) :
- 30 min ap fécondation
- rotation libre selon gravité : PA en haut (grad vitellin alourdit PV)
- Reprise de méiose : émission du 2eme globule polaire et disparition du fuseau achromatique
- Disparition de la tache achromatique
c) Rotation corticale et mise en place de l'axe dorso-ventral
- 1h30 ap fécondation
- rotation de 30° du cyto superficel en direction du point de pénétration du spz
- Mee de l'intervention du cytosquelette :
- on observe réseau de microtubules contrôlé par le centriole provenant du spz, sur 5 m
d'épaisseur, orienté parallèle à la rotation au PV
- colchicine, choc hyperthermique ou traitement UV perturbent rotation
- microbilles fluo associée (par ac carboxilique) à tubuline injecté au PV montrent transport de
tubuline vers équateur
- Conséquence de la rotation corticale :
- déplacement des pigments et apparition d'un croissant dépigmenté côté opposé à pénétration du
spz

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- coïncide avec future région dorsale
- DONC : mise en place d'un axe de symétrie D/V
d) Redistribution des déterminants cytoplasmiques
- Les vésicules du PV contenant Dishevelled :
- glissent vers le PA au cours de la rotation (associées aux microtubules) puis libération des prot qui
diffusent dans le 1/3 dorsal
- Dsh bloque l'activité de Glucose Synthétase Kinase3 (GSK3) qui ne phosphoryle plus la 
caténine (facteur nucléaire de transcription et assure ancrage cadhérine/cytosquelette) qui ne sera
ainsi plus dégradée dans le protéasome mais s'accumule au pôle végétatif
- Ilots du plasme germinal libérés de leur contact avec mito et plaques vitellines : se regroupent au PV et
fusionnnent en un plasme germinal s.s
- déplacement de pronucléii et trainée spermatique derrière le pronucleus male.
- fusion des pronucléii (amphimixie = syngamie)
Libération du Ca2+ conduit à pH qui active le métabolisme : conso O2
II. La segmentation : acquisition de l'état pluricellulaire diblastique
1- La MORULA : acquisition de l’état pluricellulaire
(stade 16 cellules)
a) Segmentation totale (holoblastique)
- Par opposition à méroblastique
- D'abord égale (première et deuxièmes perpendiculaires et méridiennes) puis inégale (horizontale : 4
micromères PA et 4 macromères PV)
- Première division initiée au PA, se prolonge à v=1 mm/min dans le plan et passe par le croissant gris ds
50% des cas; vers PV à v= 0,003 mm/min
- Le plasme germinal remonte le long du premier sillon puis forme 4 amas au PV qui seront localisés ds
un petit nbr de macromères
- premières divisions rapides (35 min. chez anoures, 70 min chez urodèles)
- contrôle des cycles de div par MPF (maturation ou méiosis ou mitosis promoting factor)
- formation des membranes d'origine mixte (héritée + néoformé : mee par marquage radioactif)
b) Asymétrie du dev mais symétrie des noyaux
- Exp de Speeman (1903 1938)
- séparation des bastomères :
- ss croissant gris donne masses de cellules épidermiques, mésenchymateuses et endodermiques
- avec croissant gris (tt ou partie) : l'embryon se dev normalement
c) La transition blastuléenne
- désynchronisation des divisions après la 10-12eme (4096 cellules) du à vitellus
- reprise de transcription
2- La BLASTULA : une structure diblastique
- Rappels structure de la blastula : micromères et macromère diblastique (microvillosité ext, Sphérique.
Environ 10 000 cellules
a) Importace des Jonctions intercellulaires et molécules d'adhérence
- Gap junction : mee du rôle ds le dev : injection d'anticorps anti connexines : obtention d'embryon
anormaux ss oeil coté de l'injection
- cadhérines