L’ovogenèse et la mise en place du plan d’ d’organisation La morphologie ovarienne Les synthèses d’ d’ARN Interactions ovocyte-cellules nourricières Interactions ovocyte-cellules folliculaires Acquisition de la polarité dorsoventrale Acquisition de la polarité antéro-postérieure Les centres organisateurs terminaux 1-Etablissement des gradients antéropostérieurs 2-Premières transcriptions zygotiques. Les gènes Gap segmentent l’embryon en larges anneaux. 3-Les gènes Pair-Rule divisent l’embryon en une série de 7 bandes annulaires Séparées par des interbandes. 4-Les gènes de polarité segmentaire définissent les 14 segments de la Drosophile 5-Les gènes homéotiques déterminent L’identité de chaque segment. 1 Au cours du clivage syncitial, les ARNm de Bicoid et Nanos sont traduits en protéine. Leur domaine d’expression affecte la forme d’un gradient décroissant depuis les pôles vers le centre de l’embryon. Les gradients bicoid et nanos régulent l’expression des messages Hunchback et Caudal . La polarité antéropostérieure est ainsi régulée par 4 gradients agissant en synergie deux par deux. 2 La mutation perte de fonction de Bicoid et sa restauration par injection de cytoplasme. 3 La mutation perte de fonction de Bicoid provoque la postériorisation de la région antérieure. Le phénotype obtenu est un embryon double postériorisé en miroir. La mutation perte de fonction de Bicoid et sa restauration par injection de cytoplasme. 4 Phénotype sauvage Phénotype restauré Injections d’ARNm de Bicoid 5 Modèle de régulation zygotique de Hunchback et Caudal Hunchback Caudal Ainsi sont définis les centres organisateurs antérieur et postérieur 6 L’ovogenèse et la mise en place du plan d’ d’organisation La morphologie ovarienne Les synthèses d’ d’ARN Interactions ovocyte-cellules nourricières Interactions ovocyte-cellules folliculaires Acquisition de la polarité dorsoventrale Acquisition de la polarité antéro-postérieure Les centres organisateurs terminaux En plus des gradients morphogènes antérieur et postérieur, un troisième groupe de gènes est impliqué dans la formation des extrémités que sont l’acron (antérieur) et le telson (postérieur). 7 Aux deux extrémités de l’embryon Torso génère une cascade de kinases qui inactive la protéine groucho, un inhibiteur de la transcription de Huckbein et Tailless, deux gènes GAP impliqués dans la spécification des pôles an térieur et postérieur. Bicoid impose la détermination en acron dans la région antérieure en régulant négativement Huckbein et Teilless. En résumé : L’axe antéropostérieur de l’œuf de drosophile est spécifié par trois catégories de gènes. Les gènes qui définissent l’organisateur antérieur Les gènes qui définissent l’organisateur postérieur Les gènes qui définissent les extrémités antérieure et postérieure 8 Les gènes de segmentation Les gènes GAP Les gènes pair-rule Pair-rule primaires Pair-rule secondaires Les gènes de polarité segmentaire Cette cascade d’expression gènique va avoir pour résultat de fractionner progressivement le corps embryonnaire en segments de plus en plus précis. Une quinzaine de gènes GAP ont été répertoriés. Leurs domaines d’expression affecte la forme de larges bandes transversales. 9 Première étape de la régulation des gènes GAP L’expression de Hunchback zygotique est régulée par les gradients morphogènes d’origine maternels. Puis il est à l’origine d’une cascade de régulations des autres gènes GAP au cours de la période de clivage. 10 La première étape régulatrice des gènes GAP est donc soumise à l’expression de Hunchback et caudal. Antérieur Hunchback Postérieur Caudal Deuxième étape de la régulation des gènes GAP L’expression de chacun de ces gènes est maintenue par des interactions entre leurs propres produits. 11 Des mutations perte de fonction pour Knirps et Hunchback provoquent L’extension antérieure et postérieure de Krüppel. Inversement, dans le cas où Krüppel ne s’exprime pas, le domaine d’expression de Hunchback s’étend vers le centre de l’embryon En prenant la place de celui de Krüppel. 12 La céphalogenèse Les trois gènes Orthodenticle (Otd), empty-spiracle (Ems) et Buttonhead (Bth) se répartissent au niveau des segments céphaliques. La combinatoire des gènes Orthodenticle, Empty-spiracle et Buttonhead conditionne la formation des segments antérieur (antenne et œil) intermédiaire (labre et clypeus) postérieur (labial) de la tête. 1-La formation de l’œil nécessite L’expression de Otd et Ems 2-La formation de l’antenne requiert l’expression de Otd, Ems et Bth 3-Le segment intermédiaire dépend de l’expression de Ems et Bth. 4-La mandibule dépend de l’expression de Bth. 13 L’ensemble de ces trois gènes forme une combinatoire qui Renseigne chaque cellule sur son positionnement spatial Lors de la céphalogenèse. Les gènes de segmentation Les gènes GAP Les gènes pair-rule Pair-rule primaires Pair-rule secondaires Les gènes de polarité segmentaire Cette cascade d’expression gènique va avoir pour résultat de fractionner progressivement le corps embryonnaire en segments de plus en plus précis. 14 C’est avec l’expression des gènes pair-rule que le corps commence à se segmenter. Leurs domaines d’expression forment des anneaux séparés régulièrement par des zones de non expression le long de l’axe antéropostérieur. L’ensemble forme un phénotype zébré de 7 bandes séparées par 6 interbandes. L’embryon est au stade de la périblastule. C’est à ce moment que sont spécifiés les parasegments, divisions provisoires à partir desquelles seront constitués les segments définitifs. Les gènes pair-rule se divisent en deux catégories : 1-les gènes pair-rule primaires régulés par les gènes GAP. par ex : Hairy, Even-skipped, Runt. 2-les gènes pair-rule secondaires régulés en partie par les gènes pair-rule primaires : Fushi-tarazu, Odd-paired, Sloppy-paired, Paired. Chacun des gènes pair-rule s’exprime selon un domaine différent. L’ensemble de ces domaines recouvre la région troncale de l’embryon. La figure ci-dessous montre les domaines d’expression de trois gènes pair-rule Even-skipped, Hairy et Runt 15 Les premières expressions des gènes pair-rule apparaissent vers le 11è-12è cycle, de manière diffuse puis se restreignent entre le 12è et 14è cycle au patron d’expression à 7 bandes. Par ex : Even-skipped Il en va de même pour les gènes pair-rule secondair. Par ex : Fushi-tarazu 16 Lorsque Fish-hook est muté, le patron d’expression d’Even-skipped est modifié au niveau du groupe des trois bandes 4-5-6. 17 18 Les gènes de segmentation Les gènes GAP Les gènes pair-rule Pair-rule primaires Pair-rule secondaires Les gènes de polarité segmentaire Cette cascade d’expression gènique va avoir pour résultat de fractionner progressivement le corps embryonnaire en segments de plus en plus précis. Le patron d’expression de Ftz est régulé au cours du clivage par des interactions avec les gènes pair-rule primaire. ici, il s’agit de Eve. On note que le patron d’expression d’Eve alterne avec celui de Ftz. Ftz Eve 19 Régulation entre les gènes pair-rule primaires et secondaires. 1-Runt active Ftz et inhibe Eve. 2-Eve inhibe Odd-s. 3-Ftz active Odd-s et Prd. 4-Ftz s’active par feed back +. 5-Odd-s inhibe Eve. Les patrons Eve et Ftz sont donc alternés La perte de fonction de Hairy, Eve ou Runt retenti sur L’expression de Ftz. 20 En conclusion, les domaines d’expression alternés d’Even-skipped et Fushi-tarazu forment un canevas de 14 bandes qui défini les parasegments. C’est au sein de ce canevas que les gènes de polarité segmentaire vont fixer définitement les limites des segments de la larve puis de l’adulte. Les gènes de segmentation Les gènes GAP Les gènes pair-rule Pair-rule primaires Pair-rule secondaires Les gènes de polarité segmentaire Cette cascade d’expression gènique va avoir pour résultat de fractionner progressivement le corps embryonnaire en segments de plus en plus précis. 21 Les gènes de polarité segmentaire déterminent la polarité antéro-postérieure de chaque segment Trois gènes principaux sont impliqués : -Engrailed -Wingless -Hedghog Ils s’expriment dès la fin du clivage, pendant la gastrulation. Par ex. : Engrailed 22 Engrailed est activé par Eve et Ftz 23 La boucle de régulation En/Wng Les cellules qui expriment En secrètent Hh qui maintien l’expression de Wng dans les cellules adjacentes. En retour, les cellules qui secrètent Wng maintiennent L’expression de En et Hh dans les cellules voisines. De plus, En, par feed back + entretien sa propre transcription. Wng En Les protéines Wing et Hh diffusent à l’opposé l’une de l’autre et créent chacunes un gradient décroissant vers le centre du parasegment. Ces gradients imposent une identité antéropostérieure aux cellules du parasegment qui se traduit par des structures morphologiques différentes de la cuticule larvaire. 24 La mutation perte de fonction de Wng entraîne de facto l’interruption de la boucle de régulation. En et Hh ne s’expriment plus et la polarité segmentaire, perdue se manifeste par un patron cuticulaire fortement perturbé. Les gènes homéotiques Définition L’homéodomaine Mutations homéotiques Le complexe HOM-C Régulation 25 26 27 FIN 28