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La gastrulation et la
neurulation : deux étapes de
morphogenèse
Chapitre 4
• les cellules adhèrent aux autres cellules
et à la matrice extra-cellulaire
• cette adhésion dépend de récepteurs
spécifiques
• la régulation de l’expression de ces
récepteurs affecte l’adhésion
Points clés
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Adhésion cellulaire
• Adhésion cellule-cellule
– 1. Les cadhérines
– 2. La superfamille des
immunoglobulines
– (3). Les lectines et
autres…
• Adhésion cellule-matrice
extra-cellulaire
• La matrice extracellulaire est un
réseau composé de
glycoprotéines
– collagène, fibronectine,
laminine…
– les récepteurs cellulaires sont
les intégrines
Pôle animal
Pôle végétatif
cellulesvitellines
zone
marginale
épiboliearchentéron
involution
blastocoele
bouchon
vitellin
épibolie
convergence
extension
blastocoeleblastoporecellules en
bouteille
convergence
extension
Les mouvements de la gastrulation chez
le Xénope: aspect général
3
Zone marginale superficielle qui
involuera (ZMs)
Couche externe de la zonemarginale
Constituera le toit de
l’archentéron
5 régionsCalotte animale (3 couches
de cellules), qui subira
l’épibolie
Zone marginale profonde qui
involuera (ZMp)
Couche interne de la zone
marginale,constitue le mésoderme
Cellules en bouteille:s’invaginent
et amorcent le blastopore;constitueront les parois de
l’archentéron
Cellules vitellines: mouvement de
rotation, constitueront le plancherde l’archentéron
Carte de territoires présomptifs du Xénope Coupes au stade du bourgeon caudal de Xénope
Pôle animal
Pôle végétatif
ectoderme neural
endoderme
mésoderme
mésoderme (corde)
lèvre dorsale
Vue latérale Vue dorsale
Antérieur
Postérieur
cerveau
corde
moelle épinière
somites
masse vitelline
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Les questions
• Quelles sont les cellules qui migrent et quelest leur devenir?
• Quelles sont les cellules qui génèrent lesforces migratrices?
• Quels sont les facteurs qui génèrent cesforces de migration?
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6
1.invaginationblastocoele
cellules vitellines
zone marginale
blastoporecellules en bouteille
Les cellules en bouteille
• constriction apicale etexpansion basale
• leur invagination forme leblastopore (initiation dorsale)
• élimination des cellules enbouteille par microchirurgie: lagastrulation a lieu, mais avecdes anomalies d’involution(Keller, 1981)
• les cellules en bouteille sontliées au feuillet épithélial, maisaussi à l’endoderme et aumésoderme involuant
ectoderme
mésoderme
endoderme
Involution
Cellules en
bouteille
cellules
migratrices
zone
marginale
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2.involutionarchentéron
involution
épibolie
épibolie
blastocoele
bouchon
vitellin
convergence
extension
convergence
extension
Cellules en bouteille
au front de
l’endoderme
Rôle de la zone marginale dans
l’involution (ZM)
• Keller: les forces de migration proviennent-elles de lazone marginale superficielle ou profonde ?
• Il remplace les cellules superficielles de la zonemarginale par des cellules de la calotte animale: lagastrulation est normale
• Il remplace l’ensemble des cellules superficielles etprofondes de la zone marginale par des cellules de lacalotte animale: aucun mouvement n’est observé
• Conclusion:ce sont les cellules de la zone marginaleprofonde (ZMp) qui sont les cellules motrices del’involution
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Le toit du blastocèle est-il nécessaire à
l’involution des cellules de la ZMp
• La matrice extracellulaire (MEC) du toit
contient de la fibronectine
– en bloquant la fibronectine, on bloque l’involution
DeSimone lab
9
3.convergence extension
Ventral Dorsal
chorde
Plan de symétrie
Antérieur
Postérieur
•Brachyury
•convergence vers l’axe
antéropostérieur
•extension le long de
l’axe antéropostérieur
•se produit de façon
autonome dans les
explants de zone
marginale
Lamelatérale
Lamelatérale
10
convergence extension
• Keller et al 1985
• transplantent descellules de ZMmarquées chez un hôtenon marqué
• observent l’intercalationdes cellules
L’intercalation est unedes causes majeuredes mouvements de lagastrulation
Gastrula d’âge moyen Gastrula âgée
Antérieur
Postérieur
deux types
d’intercalation• L’intercalation radiaire
entraîne un amincissement
de la zone marginale qui
involue, permettant son
extension
• L’intercalation médio-
latérale permet
l’allongement de l’assise
cellulaire qui devient alors
plus étroite
Intercalation radiaire Intercalation médio latérale
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les bases cellulaires de l’intercalation
• Les cellules deviennent polarisées (signalisation Wnt), elles deviennentbipolaires et s’allongent dans le sens médio-latéral
• Seules les extrémités de ces cellules présentent des mouvements actifs, avecdes pseudopodes mobiles
• Les cellules glissent et s’intercalent les unes aux autres
• A la frontière, les mouvements cessent
Lamellipodes actifs Frontière inactive
Axe médio
latéral
Axe a
nté
roposté
rieur
les mouvements d’intercalation
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Couche épithéliale
Couchesprofondes
Wnt-11
Wnt-11 est exprimé au niveau dela couche épithéliale de la ZMD
4.épibolie
• étalement de la calotte
animale
• provoquée par:
– des divisions cellulaires
– l’étirement des cellules
de la couche externe
– l’intercalation radiale des
cellules des deux
couches profondes
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Remaniements affectant les cellules du toit du blastocœleAu cours de l’épibolie
Marsden et DeSimone, 2001
En résumé
• les cellules en bouteille initient l’invagination au niveau du
blastopore
• des cellules de la zone marginale profonde migrent de façon
autonome sur la partie interne du toit du blastocoele
• des cellules de la zone marginale profonde convergent et
s’étendent, l’extension est maximale du côté dorsal
• les cellules de la zone marginale superficielle sont passives,
elles sont tirées par les cellules profondes
• l’épibolie de la calotte animale permet le recouvrement de
l’embryon et internalise le bouchon vitellin
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Wnt11
Rôle de dans la détermination de la région dorsale . Période de
clivage
Rôle dans les mouvements de convergence et d’extension.
Gastrulation
Deux voies de transduction différentes utilisées :
Wnt/ -caténine et voie PCP (Planar Cell Polarity)
impliquant des GTPases
NeurulationNeurulation
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Neurulation• Formation du tube neural (structure
épithéliale ectodermique à l’origine del’encéphale et de la moelle épinière )
• 4 étapes:
– au cours de la gastrulationspécification et extensionconvergence de la plaque neurale
– au début de la neurulation, lesbords de la plaque se soulèvent enreplis tandis que la plaque s’incurveen gouttière
– les replis se rejoignent dans le planmédian
– les replis se soudent, formant letube neural qui s’isole del’ectoderme
plaque neurale
gouttière neurale
repli neural
ectodermecellules des crêtes
neurales
tube neural
Changement de forme des cellules à
l’origine de la formation des replis
neuraux
• constriction apicale des cellules du bord de la plaque
• glissement de ces cellules le long de la face inférieur
de l’ectoderme adjacent
ectoderme
plaque neurale
constriction
apicalemouvement des
cellules
repli neural
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Changement dans le profil d’expression
des molécules d’adhésion pendant la
formation du tube neural
• Les cellules de la plaque neurale expriment la cadhérine-N
• Les cellules de l’ectoderme adjacent expriment la cadhérine-E
• Si l’expression de la cadhérine-N est anormale (surexpression)d’un côté de l’embryon, le tube neural ne s’isole pas de cemême côté
Expression de la cadhérine au cours de la formation du tube neural chez le XénopeExpression anormale de la
cadhérine N
cadhérine-E
cadhérine-N
plaqueneurale
ectoderme
tube neural
Plaque neurale
chorde
épidermeDos
Ventre
tube neural
cellules
des
crêtes
neurales
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Cellules épithéliales et
mésenchymateuses
principalement le
mésoderme
principalement l’ectoderme
et l’endoderme
matrice extra-cellulaire
entourant les cellules
matrice extra-cellulaire
principalement basale (lame
basale)
les cellules sont polarisées
selon la direction de leur
migration
les cellules ont une polarité
apico-basale
les connections entre
cellules sont perdues, les
cellules migrent
individuellement
les cellules sont étroitement
liées entre elles, elles
migrent en feuillet
mésenchymeépithélium
Défauts de fermeture du tube
neural• La deuxième des anomalies de
l’organogenèse
• spina bifida cystica
(myelomeningocele)
– 1/2OOO naissances
– Le traitement chirurgical est
possible
• D’autres défauts plus sévères sont
léthaux
– 1/1000
– anencéphalie
Ces défauts sont souvent liés à un manque d’acide
folique
( vitamine B9)
70% des cas peuvent être évités par un traitement à
l’acide folique
Quel rôle joue l’acide folique?
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