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INTRODUCTION

1°) Les tissus fondateurs (notion de feuillets)

2°) Concepts et définitions

3°) Outils et méthodes d’études (TD)

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TranscriptionTraduction

Assemblage en structuressupramoléculaires

Organisation spatialeet fonctionnelle Rétrocontrôle

Rétrocontrôle

Rétrocontrôle

L’organisation hiérarchique des systèmes biologiquesLes systèmes biologiques sont gérés par des modules fonctionnels decomplexité croissante et interdépendants

D’après Arias et Stewart, 2003

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Systèmes de signalisation,

Systèmes de régulation

Comportements cellulairesDivisionMigrationAdhérenceProlifération…

Les interactions entre les modules contribuent à construire l’organisme

D’après Arias et Stewart, 2002

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Les processus de développement reposent sur des activités cellulaires communes

proliférationscommunicationsdivisions asymétriqueschangements de formesdéplacement des cellules ou des tissusregroupement de cellules ou de tissusdifférenciationapoptose

Et une coordination dans l’espace et le tempsactivité nucléaire, gènes du développementséquence continueplan d’organisation commun

Nématode

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Kaspar Friedrich Wolff, (1733 - 1794) décrivit les différentsStades de développement chez le poulet et développa en 1759 le concept selon lequel la forme apparaît progressivementau cours du développement

Un plan d’organisation commun

Karl Ernst von Baer, 1828 : embryons de vertébrés présentent des structurescomparables, un plan d’organisation commun : stade phylotypique.Au cours du développement les structures deviennent caractéristiquesde l’ordre, de la famille et de l’espèce.

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Un plan d’organisation commun

Début du XXème siècle,séquence continue d’étapes,les étapes du développement

fécondationsegmentationgastrulationneurulation

Coordonnées dans l’espace et le tempsPlan d’organisation primaire commun

Organogenèse

Embryon tridermique:trois feuillets

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Plan d’organisation commun

1°) Les tissus fondateurs

EctodermeMésodermeEndodermestade phylotypique

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1°) Les tissus fondateurs

Ectoderme (externe et SN)

Neurectoderme :le tube neural (SNCI)les crêtes neurales:

SN périphérique (ggl sensoriels, sympathiques) cartillages et os de la face cellules pigmentaires, cellules de la glande surrénale

Epiderme :(couche externe de la peau,placodes sensorielles)

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1°) Les tissus fondateurs

Mésoderme (feuillet moyen)

mésoderme dorsal : chorde (dorsale), mésoderme préchordal (mésenchyme céphalique)

mésoderme somitique : TC, os, cartilage, derme, muscles mésoderme intermédiaire : systèmes urinaire, génitaux mésoderme latéral et ventral: système vasculaire, parois des cavités, muscles,cortex des gonades.

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1°) Les tissus fondateurs

Endoderme (feuillet profond, interne)

appareil respiratoire

appareil digestif

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1°) Les tissus fondateurs

plan d’organisation commun

D-VA-PG-D

Organogenèse

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Déterminants nucléaires

1er division 2ème division

Théorie de la détermination nucléaire de Weismann (1880)

2) Concepts et définitionsa) Oeufs mosaïques et œufs à régulations

Selon Weismann, des facteurs présents dans le noyau de la cellulefécondée, se distribuent inégalement dans les cellules lors des divisions.Le devenir des cellules est donc prédéterminé par les facteursnucléaires, les déterminants. Le développement est mosaïque puisque la cellule fécondable contientdes déterminants distincts,répartis dans des cellules distinctes.

August Weismann (1834 - 1914)

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2) Concepts et définitionsa) Oeufs mosaïques et œufs à régulations

Œuf fécondé Deux cellules Blastula Neurula

La même année, expérience de Wilhelm Roux (1880)

Aiguille chauffée

Blastocoele Cellule nécrosée

Tube neural

Il obtient une demi-larve. Il conclu «  le développement de lagrenouille se fait sur la base d’une mosaïque, le devenir et lescaractéristiques des cellules sont déterminés à chaque division ».

Wilhelm ROUX (1850-1924)

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2) Concepts et définitionsa) Oeufs mosaïques et œufs à régulations

Eliminationd’un desdeux blastomères

1890 expérience de Hans Driesch, chez l’oursin Larve

Larve de taille réduite

Contradiction avec les expériences précédentes.Met en évidence un processus de régulation : régulation des déficiences

Blastula

Blastula réduite

Hans Driesch(1867-1941)

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2) Concepts et définitionsa) Oeufs mosaïques et œufs à régulations

Expérience de Spemann 1903

Régulation des déficiencesDéterminants cytoplasmiques

Hans Spemann (1869 - 1941)Prix Nobel de Physiologieet de Médecine 1935

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2) Concepts et définitionsa) Oeufs mosaïques et œufs à régulations

Chez les mammifères

Expérimentalement :transfert de cellules

Naturellement :jumeaux

Régulation des déficiences

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2) Concepts et définitionsb) communication, induction et compétence

Par des jonctions gap

Cellule A Cellule B

AMPcAc rétinoïqueIons

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2) Concepts et définitionsb) communication, induction et compétence

Signalisation

Par diffusion, communication paracrine

Cellule A Cellule B

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2) Concepts et définitionsb) communication, induction et compétence

Par contact direct

Signalisation

Cellule A Cellule B

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La communication autocrine

2) Concepts et définitionsb) communication, induction et compétence

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Quelles sont les étapesde la signalisation ?

Facteur detranscription

Protéinescytoplasmiques

Modification del’expression des gènes

Modification du métabolisme, dela structure cellulaire

Molécule de signalisation extracellulaire

Récepteur membranaire

Protéines de signalisationintracellulaires

Protéines cibles

2) Concepts et définitionsb) communication, induction et compétence

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2) Concepts et définitions b) communication, induction et compétence

Inducteur diffusibleRécepteurs spécifiquesTransduction du signalActivation du génomeRéponses : différenciation,

changements de forme acquisition d’une motilité etc..

Systèmemultifactoriel

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2) Concepts et définitionsb) communication, induction et compétence

Induction

Compétence

récepteur transduction transcriptionWaddington CH 1940

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Tête Tronc Région postérieure

Antéro Postérieur

Cellules bleues blanches rouges

Modèle du drapeau

Chaque cellule recoit une information de position.

Chaque cellule acquiert une identité ou une valeur de position en relation avec sa localisation :tiers gauche, antérieur, cellules bleuestiers central, moyenne, cellules blanchestiers droit, postérieure, cellules rouges.

Cela suppose deux étapes :la détermination de la valeur de positionl’interprétation de cette valeur

L’interprétation des valeurs de position dépendrades instructions génétiques et/ou épigénétiques en action dans le groupe de celluleet sera déterminé par l’histoire de la cellule

Quand est il de la détermination des valeurs de position ??

2) Concepts et définitions c) morphogènes et informations de position

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Chaque cellule a la potentialité de prendreune couleur bleue, blanche ou rougeConcentration du

morphogène

La valeur de position de chaque cellule est définie par laconcentration du morphogène

La valeur de position est ensuite interprétée par les cellules :au-dessus d’une certaine concentration les cellules se colorenten bleuealors qu’au-dessous, elles se colorent en blanc.Au-dessous d’un autre seuil, elles deviennent rouge. Au total cela donne le motif bleu blanc rouge, déterminel’axe antéro-postérieur.

Concentration dumorphogène Valeurs-seuils

Pour marquer la position des cellules, on peut proposer la présence d’unesubstance appelée : un morphogène

Etablissement d’un gradient

2) Concepts et définitions c) morphogènes et informations de position

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2) Concepts et définitions d) signalisations et molécules mises en jeu

les systèmes de signalisation :

la famille des TGFb : activine, nodal, Vg-1, BMP

la famille des FGF

la famille des protéines Wnt

le système delta-notch, le système spätzle,la famille LIF (leukemia inhibitory factor)

la famille de l’insulin, la famille des neurotrophines,le système éphrine

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• Les récepteurs ionotropiques

Canal ionique

enzymeprotéine GEnzymeactivée

• Les récepteurs couplées aux protéines G

• Les récepteurs à une activité enzymatique

Domaine catalytique inactifDomainecatalytique actif

2) Concepts et définitions d) signalisations et molécules mises en jeu

les récepteurs

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• Activité tyrosine kinase

• Ex : le récepteur au FGF

• Activité sérine/thréonine kinase

• Ex : le récepteur au TGFβ

• Activité tyrosine phosphatase (PTPase)

• Activité guanylate cyclase

2) Concepts et définitions d) signalisations et molécules mises en jeu

les récepteurs activités enzymatiques intrinsèques

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FGF

Dimérisation durécepteur

La fixation du ligand

induit une dimérisation

(ou oligomérisation durécepteur)

2) Concepts et définitions d) signalisations et molécules mises en jeu

les récepteurs activités tyrosine kinase

FGF

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P

PP

Dimérisation durécepteur

Activation del’activité kinase

Autophosphorylationdu récepteur

La dimérisation du récepteur induit l’activation de l’activitétyrosine kinase du récepteur et ainsi son autophosphorylation

2) Concepts et définitions d) signalisations et molécules mises en jeu

les récepteurs activités tyrosine kinase

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P P

P

P P

P

Recrutement de protéines designalisations intracellulaires àla membrane

Induction d’unecascaded’activation deprotéinescytoplasmiques

Activation des facteurs detranscription et expressiondes gènes

2) Concepts et définitions d) signalisations et molécules mises en jeu

les récepteurs activités tyrosine kinase

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Le récepteur au TGFβ estconstitué de deux sous unitésdifférentes

RTGβ-II RTGβ-I

2) Concepts et définitions d) signalisations et molécules mises en jeu

Activité sérine/thréonine kinase

le récepteur au TGFβ (Transforming growth factor β)

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TGFβ

Le TGFβ induit unrapprochement deschaînes réceptrices

P

Activation de l’activitékinase de RTGβ-II

Phosphorylationet activation del’activité kinasede RTGβ-I

2) Concepts et définitions d) signalisations et molécules mises en jeuActivité sérine/thréonine kinase

RTGβ-II RTGβ-I

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PSmad2/3

Smad2/3P

Smad2/3P

Smad4

Smad2/3P

Smad4

++Smad2/3

P

Smad4

Hétérodimérisation

Translocationnucléaire

Activation de latranscription

2) Concepts et définitions d) signalisations et molécules mises en jeu

Activité sérine/thréonine kinase

Activation des facteurs detranscription et expressiondes gènes

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2°) Concepts et définitions d) signalisations et molécules mises en jeu

Wnt

GSK-3

SiamoisCycline D1

Xnr-3

Tcf/Lef

P

Accumulation

de β caténine

Protéasome

Frizzled

LRP 5/6 cytoplasme

espace extra-cellulaireLa voie Wnt / β caténine

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WntFrizzled

LRP 5/6 cytoplasme

espace extra-cellulaire

PLC

IP3

Ca++ intracellulaire

2°) Concepts et définitions d) signalisations et molécules mises en jeu

La voie Wnt / Ca++

Réponses de la cellule

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2°) Concepts et définitions d) signalisations et molécules mises en jeu

La voie Wnt / Jnk Wnt

Dynamique du cytosquelette, Polarisation des cellules

Complexes d’adhésion

Frizzled

LRP 5/6 cytoplasme

espace extra-cellulaire

Cdc42

GTPase

Jnk (Jun kinase)

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2) Concepts et définitionsd) signalisations et molécules mises en jeu

la vitamine A

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INTRODUCTION

1°) les tissus fondateurs

2°) Concepts et définitions

a) Oeufs mosaïques et œufs à régulationsb) communication, induction et compétencec) morphogènes et informations de position d) signalisations et molécules mises en jeue) engagement, détermination et identitéf) gènes du développementg) lignage

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3) Outils, méthodes d’études et analyses (TD) a) méthodes d’étude du lignage

Marqueurs naturelsMarqueurs de différentiationGreffesMarqueurs synthétiques

Observations et analyses avec un microscope à épifluorescence

ÉlevageFixationCoupes histologiques

Cartes des territoirs

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Synthèse d’une sonde ARN étiquetée isotope radioactif, biotine, enzyme,fluorochrome

3) Outils, méthodes d’études et analysesb) méthodes d’étude des ARNm

L’hybridation moléculairerecherche et mise en évidence de la distribution spatiale et temporelle des ARNm

Fixation des embryons

Incubationlavages

Révélation

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L’immunodétection in toto recherche et mise en évidence de la distribution spatiale et temporelle d’une protéine

3) Outils, méthodes d’études et analysesb) méthodes d’étude des protéines

Fixation des embryons

Incubation avec l’anticorps primaire

Lavages

Incubation avec l’anticorps secondaire

Lavages

Préparation des sondes utilisées: 1 -anticorps dirigés contre une protéine d’intérêt(anticorps primaire)2 - anticorps secondaire: dirigé contre l’anticorps primaire et couplé à:•une molécule fluorescente (détectée par immunofluorescence)•une enzyme(détectée après incubation avec un substrat incolore qui se colorera après réaction)

Révélation

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Analyse de la fonction :

Par interférence avec l’expression du produit du messager :traduction,épissage, dégradation, antisens

Par interférence avec la fonction :anticorpsdominants négatifstransgenèse

3) Outils, méthodes d’études et analysesb) méthodes d’étude des protéines