La formation des axes est sous le contrôle maternel L`axe antéro
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La formation des axes est sous le contrôle maternel L’axe antéro-postérieur Le centre antérieur: bicoid (bcd) bicoid: gain de fonction par transfert de cytoplasme Œuf de type sauvage Œuf de type sauvage Œuf de mutant bicoid Développement de quelques structures antérieures Œuf de mutant bicoid • 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 Œufde demutant mutantbicoid bicoid Œuf Segments thoraciques Tête Segments thoraciques La protéine Bicoid pourrait être le morphogène antérieur Localisation de l’ARNm bicoid P hybridation in situ • 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 Quelle est la fonction du gradient de Bicoid (BCD)? • Expression de hunchback • Concentration de la protéine Bicoid seuil • 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) Localisation de la protéine Bicoid • L’ARNm est traduit après la fécondation P • La protéine diffuse à partir de sa source La protéine Bicoid est identifiée par un anticorps marqué • Elle est instable (sa demivie est de 30min) ARNm maternel bicoid Il s’établit ainsi un gradient de la protéine sur les 2/3 antérieurs du zygote Protéine Bicoid Quand la quantité de Bicoid augmente, la valeur seuil atteint la région postérieure Une dose de Bicoid Concentration de la protéine Bicoid • seuil • Six doses de Bicoid • Concentration de la protéine Bicoid seuil • 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 En résumé Bicoid et la mise en place des structures antérieures • 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 P • L’approche génétique est la seule qui permet d’identifier les molécules impliquées • Comment l’ARNm bicoid est-il localisé dans la région antérieure de l’ovocyte? • Revenons à l’ovogenèse – le premier gradient protéique observable est celui de Bicoid L’appareil génital de la drosophile L’ovogenèse se déroule dans les ovarioles Structure d’une ovariole Chambre germinale Chambre ovulaire cellules souches Cellulessouchescellules c oviducte réceptacle séminal La fécondation a lieu dans les spermathèques 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 Formation du cyste Stade 2 cellules noyaux 4 cellules Spécification de l’ovocyte et croissance • 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 • 16 cellules – Les 16 cellules entrent en méiose, seul l’ovocyte l’achève noyau de l’ovocyte • Ovariole méroistique: 1 ovocyte par cyste, les autres cellules sont les cellules nourricières (ex: Drosophile) Dans le cyste les cellules nourricières et l’ovocyte sont interconnectés par des ponts cytoplasmiques: les « ring canals » ovocyte cellules nourricières cellules folliculaires (épithélium) • • 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 Ovariole panoistique: chaque cystoblaste devient un ovocyte, il n’y a pas de 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 Comment l’ARNm bicoid est localisé… ARNm bicoid dans l’ovocyte (noir) • 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 Les gènes du groupe postérieur tête • • • 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 Des mutants de swallow ou de staufen ont le même phénotype que ceux qui expriment faiblement bicoid 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… nanos est-il un morphogène postérieur? • L’ARNm nanos est localisé dans la région postérieure • La protéine Nanos est distribuée en gradient • Quel est le rôle de Nanos? • Est-ce un inhibiteur de hunchback? (cf. Bicoid active hunchback) 2(-) = + Type sauvage: Mutant nanos nanos vs hunchback • • L’ARNm hunchback est transcrit par la mère mais aussi par le zygote Si l’ARNm maternel hunchback est absent (manipulation génétique), nanos n’est pas nécessaire à la spécification postérieure Conclusion: le rôle de Nanos est de réprimer la traduction de l’ARNm maternel hunchback AUCUN Pourquoi? Double mutant • nanos nanos nanos hunchback maternel hunchback maternel hunchback maternel • Spécification postérieure Spécification postérieure Spécification postérieure • • Pourquoi l’ARNm hb est-il transcrit par la mère puis inhibé par Nanos dans l’œuf L’ARN maternel doit avoir une fonction, mais s’il est absent, il est remplacé par hb zygotique La protéine Nanos n’est pas essentielle pour la spécification postérieure, ce n’est pas un morphogène (elle n’active pas de gène zygotique) Son rôle est seulement permissif, elle permet de bloquer l’expression de hb dans la région postérieure (cf. Noggin) Comment l’ARNm nanos est localisé… • antérieur postérieur • • oskar est transporté par le moteur kinésine (+) Dans l’ovocyte la distribution de nanos est homogène… Puis 96%des transcrits nanos sont dégradés par la protéine Smaug après la fécondation, à l’exception des ARN nanos postérieurs qui sont associés à Oskar L’ARN nanos est localisé Caudal est un morphogène postérieur • ARNm cad • • protéine cad antérieur ARNm oskar dans la région postérieure de l’ovocyte (rouge) Les gradients protéiques après la fécondation postérieur • La distribution de l’ARNm maternel caudal est uniforme Il est traduit uniquement dans la région postérieure Il en résulte un gradient postéro antérieur de la protéine Caudal Quel est le facteur qui inhibe la traduction de caudal dans la région antérieure? Bicoid! Bicoid est aussi un régulateur de traduction (2ème rôle) Le groupes de gènes terminaux mutant de torso absence d’acron et de telson • Les deux extrémités de l’embryon sont spécifiées par des signaux sécrétés par les cellules folliculaires et perçus par l’ovocyte – Le récepteur Torso est exprimé par l’ovocyte, il est uniformément présent dans la membrane plasmique – Le ligand Trunk est présent dans tout l’espace périvitellin – L’enzyme Torsolike sécrétée par les cellules folliculaires terminales est localisée, elle active le ligand aux deux extrémités antérieur postérieur Le tout est contenu dans une grande cellule…. En résumé: mise en place de la polarité antéro-postérieure Le contrôle combinatoire mutant de torso • • Dans la chambre ovulaire, la polarisation des microtubules de l’ovocyte est mise en place L’ARNm bicoid est transporté vers la région antérieure de l’ovocyte – Après la fécondation, la protéine Bicoid spécifie l’acron, la tête, le thorax en activant hunchback et en réprimant caudal • • • • • La voie de signalisation Torso/trunk est la même aux deux extrémités Pourquoi l’acron est-il différent du telson? L’absence ou la présence de la protéine Bicoid modifie les effets de la voie de signalisation Torso Les mutants de bicoid ont deux telsons L’ARNm nanos (etc) est transporté vers la région postérieure de l’ovocyte – Après la fécondation, la protéine Nanos en réprimant la traduction de hunchback permet le développement postérieur (action permissive) • Les signaux émis par les cellules folliculaires spécifient les régions terminales
