Première partie

Le développement de l’embryon d’amphibien

Objectif : comprendre comment se met en place le plan d’organisation primaire d’un vertébré

Tube neuralsomitechorde Pièce intermédiaire

épiderme

Lames latérales

Ilôts sanguins

endoderme

Coupe transversale montrant le plan d’organisation d’un embryon de vertébré

Organisation en 3 feuillets embryonnaires concentriques

Devenir des feuillets

Endoderme : composantes épithéliales des appareils digestifs et respiratoires et de leurs glandes annexes

Mésoderme : chorde (structure transitoire) somites vertèbres, derme, muscles striés squelettiques pièce intermédiaire systèmes urinaires et génital lames latérales systéme vasculaire, cœur cellules sanguines

Ectoderme : Epiderme systéme nerveux central crêtes neurales système nerveux périphérique, cartilage de la face, cellules

pigmentaires etc…

La cellule fécondable

Chapitre 1

1/ son origineOvogenèse : ensemble desprocessus qui conduisent à laformation du gamète femelle

-Meïose

-Accumulation de réserves

- Enveloppes

La vitellogenèse

Accumulation de matériel dans l’ovocyte :Source d’énergie, d’organites, enzymes, précurseurs de la synthèse d’ARN, ADN et protéines, protéines de structure etc….Molécules « informatives »

Origine : endogène et exogène

Accumulation du vitellus : composition, origine et répartition

Transcription ovocytaires :

au niveau des organisateurs nucleolaires

au niveau des chromosomes en écouvillons

Tache de maturation

1/ une cellule spécialisée et polarisée

La cellule fécondable est un ovocyte II

Hémisphèreanimal

Ovocyte II

Cellulefécondable

2) la distribution des réserves est hétérogène

Ovocyte II

Cellulefécondable

Hémisphèrevégétatif

Vg1, VegT, Xwnt

(Dsh)

2) la distribution des réserves est hétérogène

l’ovocyte : symétrie axiale

vitellus

noyau

Pôle animal

Pôle végétatif

• Cellule polarisée

• L’asymétrie de l’ovocyteest matérialisée par l’axepôle animal(PA)-pôlevégétatif (PV)

Les axes du corpsSymétrie bilatérale

ventre

dos

droite

gauche

postérieur( queue )

antérieur( tête )

Les axes antéro-postérieur et dorso-ventral sont perpendiculairesentre eux et contenus dans le plan de symétrie bilatérale

La mise en place des axes del’embryon: une conséquence de la

fécondation

Chapitre 2

Les principales étapes de la fécondation

Interaction entre le spz et l’enveloppe vitellineRécepteurs spécifiques

Exocytose des granules corticaux et libération de leur contenu

Modification de la composition de l’enveloppe vitellinequi se transforme membrane de fécondation (chorion)

Entrée d’eau et formation de l’espace périvitellinBarrière à la polyspermie

L’entrée du spermatozoïde romptla symétrie axiale

Des expériences permettent de prouver qu’ilexiste une relation entre la rotation corticale et

la mise en place de l’axe dorso-ventral

1. Corrélation

Microtubules et rotation corticale

• Un réseau de microtubulesorientés se met en placedans l’hémisphère végétatifentre le cytoplasme cortical etle cytoplasme profond

• Le centrosome spermatiqueest le centre organisateur deces microtubules, c’est là quese situe leur extrémité« moins »

Y a-t-il une relation entre larotation corticale et le réseaude microtubules?

2- blocage de la rotation corticale• Un traitement des oeufs aux UV ou au nocodazole désorganise le

réseau de microtubules• La rotation est bloquée, l’embryon est ventralisé; les effets dépendent

de la dose

Conclusions:(1) les microtubules sont nécessaires à la rotation corticale (2) la rotation est requise pour la formation des structures

dorsales de l’embryon

Embryon ventralisé: pas de gastrulation, pas de tissus dorsaux

3-sauvetage

Inclinaison à 90° pendant 30 min

Pas d’inclinaison •L’inclinaison sauve les œufs traitésaux UV et supplée à la rotationcorticale

•Le cytoplasme profond del’hémisphère végétatif est plus lourdque celui de l’hémisphère animal,l’inclinaison de l’œuf le fait glisservers le bas. Le cortex reste enplace. Ce déplacement mime larotation corticale.

La combinaison des trois typesd’expériences vérifie l’hypothèse

• Corrélation: oui

• Blocage: oui

• Sauvetage: oui

La rotation corticale met en place l’axe dorso-ventral

Le cytoplasme dorsal a une activité dorsalisanteNotion de déterminants dorsaux

Le transfert ducytoplasme dorsalspécifie unenouvelle facedorsale

En absence decytoplasme dorsal,l’embryon estventralisé

Le déplacement du cytoplasme cortical est liéau réseau de microtubules

L’activité dorsalisante est tout d’abord localisée dans larégion végétative, puis relocalisée dorsalement après larotation corticale

Localisation des déterminants dorsaux

Le centre dorsalisant: le centre de Nieuwkoop

Donneur (stade 32 cellules) Receveur (stade 32 cellules)

Pôle animal Pôle animal

Pôle végétatifPôle végétatif centre deNieuwkoop

centre deNieuwkoopde l’hôte

L’embryon se développe normalement Embryon double

Le centre de Nieuwkoopprovoque la spécificationd’une nouvelle face dorsalechez l’embryon receveur

Le centre de Nieuwkoop

Pôle animal

Pôle végétatifcentre de

Nieuwkoop

•Il correspond aux blastomèresvégétatifs dorsaux

•Son activité est dorsalisante

•Son rôle majeur est d’induire lescellules de la zone marginaledorsale en mésoderme qui sera lecentre organisateur de Spemann

La nature moléculaire des

déterminants dorsaux ??

Recherche de gènes impliqués dans la mise en place de l ’axe dorso-ventral :stratégie de criblage fonctionnel

Le test :

Induction d’un axe secondaire par expression ectopique de Wnt-8

Injection ventro-végétativeau stade 4 cellules

ARNmWnt-8

PA

PV

Gain de fonction

Cong et al., 2004

APC

Le lithium provoque la dorsalisation

traitement au Lithiumsauvetage après traitement aux UV

hyperdorsalisation

embryon normal

•Le lithium inhibe GSK-3, il permet ainsi le maintien de la β-caténine dans toutes les cellules•Ceci provoque une dorsalisation de l’embryon

La β-caténine et l’activité dorsalisante• Corrélation: la protéine β-caténine est concentrée dans la région dorsale

• Surexpression ectopique: l’injection d’un ARNm β-caténine dans unblastomère végétatif ventral provoque la formation d’un deuxième axe

• Inhibition: l’injection d’un ARN β-caténine antisens provoque la ventralisation

La β-caténine est nécessaire et suffisante à la dorsalisationInjection de l’ARNm β-caténine dans un

blastomère végétatif V au stade 32 cellulesEmbryon double avec une duplication

de l’axe dorso ventral

Inactivation des ARNm maternels

Pourquoi la β-caténine est-elle concentrée dans la région dorsale?

Si on bloque la rotation corticale, pas d’accumulation de β-caténine dans la région dorsale Hypothèse 1: la β-caténine est transportée depuis le PV vers la futurerégion dorsale par le mouvement du cortexPeu probable car du cytoplasme végétatif cortical prélevé sur un embryon déficient en β-caténine est capable d’induire un axe ectopique lorsqu’il est transplanté dans un embryon normal

D’oùHypothèse 2 : le facteur transporté par la rotation du cortex n’est pas la β-caténine mais un facteur capable de la stabiliser dans la futurerégion dorsale

Hybridation in situ XWnt11

Ovocyte. stage V-VI

En amont de la β-caténine ?

Les cibles de la ß-caténine

En résumé• La polarité de l’ovocyte PA/PV n’est pas représentative des futurs axes

de l’embryon• La mise en place de l’axe dorso-ventral est la conséquence de la

rotation corticale• La rotation corticale entraîne une restructuration moléculaire du

cytoplasme, dont la conséquence est la formation du centre deNieuwkoop qui correspond aux cellules végétatives dorsales

• La β-caténine est stabilisée du côté dorsal par l’inhibition régionaliséede GSK 3

Coupes transversales montrant les stades du développement d’un cancer typique du côlon

Côlon d’un patient atteint de polypose adénomateuse familiale colique comparé àun colon normal

Séquence typique des modifications génétiques suggérées comme étant sous-jacentes au développement d’un carcinome colorectal

Cancer du côlon et signalisation Wnt

Implication de la voie Wnt dans les processus oncogéniquesStratégies thérapeutiques Empêcher l’interaction entre la β-caténine et les TCF

Effet des composés sur l’effet deduplication d’axe induit par la β-caténine