La formation des axes est sous le contrôle maternel L`axe antéro

1
La formation des axes est
sous le contrôle maternel
L’axe antéro-postérieur
Le centre antérieur: bicoid (bcd)
• Absence de tête et des segments thoraciques chez les mutants, de plus il y a
une image en miroir des segments postérieurs
– La mère est bcd/bcd, les œufs peuvent être bcd/bcd ou bcd/+
Le gène bicoid spécifie la tête et le thorax
Œuf de type sauvage
Œuf de mutant bicoid
bicoid: gain de fonction par
transfert de cytoplasme
Œuf de type sauvage Œuf de mutant bicoid
Œuf de mutant bicoid
Œuf de type sauvage
Développement de quelques structures antérieures
Segments
thoraciques
Œuf de mutant bicoid
Segments
thoraciques
Tête
La protéine Bicoid pourrait être le morphogène antérieur

2
Localisation de l’ARNm bicoid
• Le gène bicoid a été cloné
(Driever et Nusslein
Volhard 1988)
• Il code pour une protéine à
homéodomaine qui est un
facteur de transcription
• L’ARNm bicoid est localisé
dans la région antérieure
de l’ovule
• Il n’y a pas de gradient
visible
hybridation in situ
P
Localisation de la protéine Bicoid
• L’ARNm est traduit après la
fécondation
• La protéine diffuse à partir
de sa source
• Elle est instable (sa demi-
vie est de 30min)
Il s’établit ainsi un gradient
de la protéine sur les 2/3
antérieurs du zygote
P
La protéine Bicoid est identifiée par un anticorps marqué
ARNm maternel bicoid
Protéine Bicoid
Quelle est la fonction du gradient
de Bicoid (BCD)?
• La transcription de différents
gènes zygotiques est activée en
fonction de la concentration en
protéine Bicoid
• C’est par exemple le cas du
gène hunchback (hb)
• L’activation est possible au
dessus d’un certain seuil de
concentration de la protéine
(~55% de la longueur de l’œuf)
Expression de hunchback
Concentration de la protéine Bicoid
seuil
Quand la quantité de
Bicoid augmente, la
valeur seuil atteint la
région postérieure
• La protéine BCD se lie à des sites
régulateurs au niveau du promoteur
de hunchback
• L’activité du gène hunchback est
déterminée par une valeur seuil de
concentration de la protéine BCD
• Si la quantité de la protéine BCD est
multipliée par six, la valeur seuil de
BCD est déplacée vers la région
postérieure
• L’expression de hunchback s’étend
vers la région postérieure
Concentration de la protéine Bicoid
Concentration de la protéine Bicoid
Une dose de Bicoid
Six doses de Bicoid
seuil
seuil

3
En résumé
• Les axes du corps se mettent en place avant
la fécondation
• L’asymétrie de l’œuf est établie au cours de
l’ovogenèse
– les déterminants localisent les centres
organisateurs
• L’approche génétique est la seule qui permet
d’identifier les molécules impliquées
– le premier gradient protéique observable est celui
de Bicoid
Bicoid et la mise en place des
structures antérieures
• Comment l’ARNm bicoid
est-il localisé dans la
région antérieure de
l’ovocyte?
• Revenons à l’ovogenèse
P
L’appareil génital de la drosophile
L’ovogenèse se déroule dans
les ovarioles
La fécondation a lieu dans les
spermathèques
oviducte
réceptacle
séminal
Structure d’une ovariole
1. Les cellules souches germinales (2 ou 3) se divisent dans la partie la
plus distale du germarium
2. Les cystoblastes se forment et se divisent pour constituer les cystes
3. L’ovocyte est spécifié dans le germarium
4. Croissance de l’ovocyte
Chambre
germinale
Chambre
ovulaire
Cellulessouchescellules c
cellules
souches

4
Formation du cyste
• Chaque cystoblaste subit 4 cycles
cellulaires à cytocinèse incomplète,
ce qui conduit à la formation d’un
syncytium de 16 cystocytes: le cyste
• Un des cystocystes devient
l’ovocyte, les 15 autres constituent
les cellules nourricières
– Les 16 cellules entrent en méiose,
seul l’ovocyte l’achève
• Dans le cyste les cellules nourricières
et l’ovocyte sont interconnectés par
des ponts cytoplasmiques: les « ring
canals »
Stade 2 cellules
noyaux
4 cellules 16 cellules
noyau de l’ovocyte
Ovariole méroistique: 1 ovocyte par cyste, les
autres cellules sont les cellules nourricières (ex:
Drosophile)
Ovariole panoistique: chaque cystoblaste devient
un ovocyte, il n’y a pas de cellules nourricières
Spécification de l’ovocyte et
croissance
• Le cystocyste qui est relié aux
autres par 4 ponts cytoplasmiques
migre vers la région proximale de la
chambre ovulaire
• Les cellules nourricières deviennent
polyploïdes. Leurs gènes sont
activement transcrits
• Les ARNms synthétisés sont
transportés jusqu’à l’ovocyte via les
ponts cytoplasmiques
• Le vitellus est synthétisé dans le
corps gras et transporté jusqu’à
l’ovocyte via les cellules folliculaires
ovocyte
cellules folliculaires
(épithélium)
cellules
nourricières
La polarisation met en jeu des
inductions réciproques
• L’ovocyte émet un signal inductif qui
est perçu par les cellules folliculaire
qui sont les plus proches
signal = ligand = Gurken (TGFα)
récepteur = Torpedo
• Les cellules folliculaires répondent
(le signal est inconnu)
• Les microtubules de l’ovocyte sont
réorganisés: leur extrémité + est
dans la région postérieure
La polarisation de l’ovocyte est
liée à celle des microtubules
• Certains facteurs seront
localisés dans l’ovocyte par
des moteurs moléculaires
se déplaçant sur le réseau
de microtubules
– les kinésines se déplacent
vers l’extrêmité +
– Les dynéines se déplacent
vers l’extrêmité -
future région
antérieure
future région
postérieure

5
Comment l’ARNm bicoid est
localisé…
•bicoid est transcrit par
les cellules nourricières
• L’ARNm est transporté
dans l’ovocyte
• Le transport est assuré
par le moteur dynéine
(-) et une protéine
adaptatrice Swallow
• L’ancrage antérieur des
ARNms dépend des
protéines Staufen et
Exuperantia
ARNm bicoid dans l’ovocyte (noir)
Des mutants de swallow ou de staufen ont le même phénotype que ceux qui expriment faiblement bicoid
Les gènes du groupe postérieur
• 9 gènes font partie du groupe postérieur; les mutants sont petits (d’où
leur nom: nanos, pumilo, oskar….)
• Sept mutants présentent une absence de segments abdominaux et de
cellules polaires
• Seuls les mutants de nanos et de pumilo ont simplement une absence
de segments abdominaux
tête
Comprendre la cascade des
évènements
• Lehmann et Sander réalisent
des transferts de cytoplasme
– L’activité postériorisante est
tout d’abord trouvée dans les
cellules nourricières, puis dans
l’ovocyte
– Seuls les mutants de nanos
perdent cette activité
• Tous les mutants des gènes
postérieurs sont sauvés par
l’injection de l’ARN nanos
nanos est en aval de la cascade
des gènes postérieurs
L’ARNm nanos est transcrit
par les cellules nourricières
L’ARN est transporté (avec
d’autres) vers l’ovocyte
L’ARNm nanos est ancré
dans la région postérieur
(dépend de oskar)
Le modèle
La protéine Nanos
est traduite dans
la région postérieure
Elle spécifie
la destinée postérieure
i.e nanos serait pour la région postérieure ce qu’est bicoid pour la région antérieure…