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Organogenèse des membres

I. Formation du bourgeon de membre de vertébréA-Organisation des membres chez les vertébrésB- Morphogenèse du membre de vertébréC- Spécification du territoire du membreD- Induction du bourgeon de membre

II. Mise en place des axes de polarité du membreA- Régionalisation proximo-distale

A.1. Le bourrelet apical ectodermique (AER: « Apical ectodermal ridge »)A.2. La zone de progression (« progress zone »)A.3. Expression régionalisée des gènes Hox

B- Régionalisation antéro-postérieureB.1. La zone d’activité polarisante (ZPA) B.2. Shh est la molécule de signalisation produite par la ZPA

C- Régionalisation dorso-ventrale

III. Spécification de l’identité des membres, antérieur versus postérieurA- Spécification par les gènes HoxB- Spécification par les facteurs de transcription Tbx

IV. Différenciation tissulaire dans le membreA- Le squeletteB- Les musclesC- L’innervationD- la vascularisationE- L’individualisation des doigts nécessite une apoptose morphogène

CAPES 2006-2007 cours: Christine Laclef

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A- Organisation des membres de vertébrés

I – Formation du bourgeon de membre de vertébré

Différents axes de polarité bien visible au niveau de la main

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Différents axes de polarité visiblesdans l’aile de poulet

A- Organisation des membres de vertébrés

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Diversité de forme des éléments squelettiques,mais conservation des subdivisions:

- Stylopode: élément proximal- Zeugopode: élément médian- Autopode: élément distal

A- Organisation des membres de vertébrés

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Morphogenèse du membre

embryons humains

29 jours 32 jours

M: mésenchymeE: ectoderme

AER

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B- Morphogenèse du membre

aile de poulet patte antérieure de souris

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C- Spécification du territoire du membre le long de l’axe antéro-postérieur

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C- Spécification du territoire du membre le long de l’axe antéro-postérieur

Rôle des gènes Hox

vertèbre

somites

7 vertèbrescervicales

13 vertèbresthoraciques

6 vertèbreslombaires

4 vertèbressacrées

souris

Formation du membre antérieur à la limite ant.d’expression du gène Hoxc6

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C- Spécification du territoire du membre le long de l’axe antéro-postérieur

Rôle des gènes Hox

souris

poulet

oie

python

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1- Fgf10 sécrété par le mésenchyme (mésoderme latéral) induit l’expression de Fgf8 dans l’ectodermecompétent sus-jascent, à la limite entre les régions dorsales et ventrales (future AER).

2- Fgf8 sécrété par l’ectoderme induit la prolifération des cellules mésenchymateuses sous-jascentes(future zone de progression).

3- La sécrétion de Fgf8 par l’ectoderme induit l’expression de Shh à la limite postérieure du bourgeon demembre.

4- La sécrétion de Shh induit l’expression de Fgf4 dans l’ectoderme postérieur du bourgeon de membre.

D- Induction du bourgeon de membre

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établissement des axes ? proximo-distalantéro-postérieurdorso-ventral

Spécification de l’identité antérieure vs postérieure ?

Processus morphogénétiques mis en jeu lors de la morphogenèse du membre ?

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A- Régionalisation proximo-distale du membre

II – Mise en place des axes de polarité du membre

Le bourrelet apicale ectodermique ou AER (apical ectodermal ridge)

M: mésenchymeE: ectoderme

AER

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Exp: ablation de l’AER à différents moments

du développement du membre

Les structures proximo-distales sont spécifiées

progressivement au cours du temps:

- spécification précoce des structures proximales

- spécification tardive des structures distales

A- Régionalisation proximo-distale du membre

L’AER est nécessaire à la croissancedu bourgeon de membre

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Fgf8 est la molécule de signalisation exprimée dans l’AER

Hybridation in situ révélantl’expression de Fgf8

chez un embryon de pouletà 3 jours de développement

A- Régionalisation proximo-distale du membre L’AER est nécessaire à la croissance du bourgeon de membre

Voie de signalisation Fgf:

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A- Régionalisation proximo-distale du membre

L’AER est nécessaire à la croissance du bourgeon de membre La zone de progression joue également un rôle important dans la croissance du membre

La zone de progression (progress zone): mésenchyme d’origine mésodermique adjacent à l’AER

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Exp. de transplantation d’AERet de « progress zone » :

ectoderme d’âge quelconque+ mésoderme distal d’embryon âgé-> membre incomplet:(seuls les éléments squelettiques distaux se forment)

ectoderme d’âge quelconque+ mésoderme d’embryon jeune-> membre complet

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Résumé des expériences réalisées sur l’AERet la zone de progression:

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Expression des gènes Hox desgroupes de paralogue a et d dans lebourgeon d’aile de poulet

Expression différentielle le longde l’axe proximo-distal

Expression régionalisée desgènes Hox dans le membre

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Le même profil d’expression proximo-distale se retrouve dans lesbourgeons de membre antérieur et postérieur (poulet)

Expression régionalisée des gènes Hox dans le membre

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Corrélation entre les combinaisons de gène Hox exprimés dans le bourgeon de membreet la différentiation des différentes région du membre

Expression régionalisée des gènes Hox dans le membre

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Délétion d’éléments squelettiques des membres suite à la délétion de gènes Hox:

Chez la souris: le double mutant Hoxa-11,Hoxd-11 n’a pas d’ulna et de radius

Chez l’homme: syndrome de synpolydactylierésultant de mutations homozygote de HOXD-13

Rôle des gènes Hox dans la morphogenèse du membre

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Exp. de greffe d’une ZPAadditionnelle dans la régionantérieure du bourgeon de membre:

CCL: La ZPA a une activitépostériorisante

-> Duplication en miroir de la régiondistale du membre

La ZPA est localisée dans la région postérieuredes bourgeons de membre

B- Régionalisation antéro-postérieure du membre

II – Mise en place des axes de polarité du membre

La zone d’activité polarisante

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Exp. de greffe d’une ZPAadditionnelle dans la régionantérieure du bourgeon demembre:

B- Régionalisation antéro-postérieure du membre

La zone d’activité polarisante

CCL: La ZPA a une activité postériorisante

-> Duplication en miroir de la région distale du membre

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Shh est la molécule de signalisation produite par la ZPA

B- Régionalisation antéro-postérieure du membre

Hybridation in situ révélant l’expression de Shh dans larégion postérieure des bourgeons de membre

Profil d’expression de Shh:

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Expérience réalisée pour tester le rôle polarisant de Shh:

1- Shh est transfecté dans des fibroblastes de poulet en culture

2- les fibroblastes transfectés (exprimant Shh) sont implantés dans larégion antérieure d’un bourgeon de membre

-> le résultat observé est identique à la transplantation de ZPA

CCL: - Shh a une activité polarisante identique à celle de la ZPA- Shh est la molécule de signalisation responsable de l’activité polarisante de la ZPA

Shh est la molécule de signalisation produite par la ZPA

B- Régionalisation antéro-postérieure du membre

Mise en évidence du rôle de Shh:

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Activité inductrice de Shh est proportionnelle à sa concentration: Shh constitue un gradient morphogène

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-> duplication en miroir de la région distale du membre-> action postériorisante similaire à celle de Shh

Exp. de greffe de billes imprégnées d’acide rétinoïque dans la région antérieure du bourgeon de membre

L’acide rétinoïque mime l’activité polarisante de la ZPA

B- Régionalisation antéro-postérieure du membre

Signification physiologique ???

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Des gènes différents sont exprimés dans les régions dorsale et ventrale du bourgeon de membre

C- Régionalisation dorso-ventrale du membre

II – Mise en place des axes de polarité du membre

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Position d’une cellule définie selon les 3 axes - proximo-distal (Fgf8, Fgf4)- antéro-postérieur (Shh)- dorso-ventral (Wnt7a/En1)

Intégration des différentes informations de position

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1- établissement de la ZPA par l’AER

2- Induction de Fgf4 dans l’AER par Shh

3- Maintenance mutuelle de Fgf4 et Shh

4- Maintenance de Shh par Wnt7a

« Cross-talk » entre les différentes voies de signalisation

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III – Spécification de l’identité du membre, antérieur vs postérieur

Exp. de transplantation de mésoderme:

mésenchyme prélevé au niveau dumembre antérieur

greffé au niveau du membre postérieur

-> formation d’un membre chimère

CCL: il existe une identité de membre antérieur

conservé dans l’explant

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A- Rôle des gènes Hox dans la spécification de l’identité des membres

Le développement des membres est différentpour les membres antérieur et postérieur.

Des gènes sélecteurs différents sontexprimés dans le mésenchyme au niveauxoù sont induits les membres antérieurs etpostérieurs.

L’expression de ces gènes sélecteursdifférents est sous contrôle des gènes Hox:combinaisons de gènes hox différentesantérieurement et postérieurement

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III – Spécification de l’identité du membre, antérieur vs postérieur

B- Rôle des facteurs de transcription à homéodomaine Tbx

Bourgeon d’aile

Bourgeon de patte

Expression de Tbx4dans le bourgeon de membre postérieur

Expression de Tbx5dans le bourgeon de membre antérieur

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Si greffe à proximité du membre antérieur:-> induction de Tbx5 -> membre antérieur additionnel

Si greffe à proximité du membre postérieur:-> induction de Tbx4 -> membre postérieur additionnel

Greffe de bille de Fgf entre lesbourgeons de membre antérieuret postérieur

B- Rôle des facteurs de transcription à homéodomaine Tbx

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Greffe de bille de Fgf entre les bourgeonsde membre antérieur et postérieur

Si greffe à équidistance des membres ant et post:

-> induction de Tbx5 ant

-> induction de Tbx4 post

-> membre additionnel chimérique

B- Rôle des facteurs de transcription à homéodomaine Tbx

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Greffe de bille de Fgf entre les bourgeons de membre antérieur et postérieur

B- Rôle des facteurs de transcription à homéodomaine Tbx

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IV – Différenciation tissulaire dans le membre

A- Le squelette, les tendons et le tissu conjonctif proviennent du mésoderme latéral

Ossification endochondrale progressive des éléments squelettiques mis en place

Poulet à 19 j

Souris 17 j

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Exp. de greffe caille-poulet

B- Les muscles des membres sont formés à partir de précurseurs somitiques

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DIFFERENCIATIONMyogénine, Desmine, MHC

DETERMINATION

MyoD, Myf5

Précurseursmyogéniques MyotubesMyoblastes

Fibresmusculaires

matures

MATURATION

Migration

Pax3, cMet, Lbx1

Morphogenèse

Différentes étapes de la myogenèse à l’échelle cellulaire

FUSION

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Différentes étapes de la myogenèse à l’échelle del’embryon

1- Myogenèse somitique

E8.5 ………… E12.5

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Différentes étapes de la myogenèse à l’échelle del’embryon

2- Myogenèse primaire

étape de morphogenèse musculaire

E12.5 ………………………..……… E15.5

3- Myogenèse secondaire

étape de croissance musculaire

par augmentation du nombre de fibres

…………………………….…… E18.5

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Différents compartiments myogéniques

épaxial

hypaxial

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VI – Différenciation tissulaire dans le membre

C- Innervation des membres

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D- La vascularisation

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E- L’individualisation des doigts nécessite une apoptose morphogène

importance relative de l’apoptose morphogène variable en fonction des espèces

Exp. transplantation d’ectoderme etde mésoderme:

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CCL: Grande conservation au cours de l’évolution des mécanismesmoléculaires impliqués dans la morphogenèse des membres

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membre antérieur membre postérieur

Anatomie des élémentssquelettiques proximaux desmembres de vertébrés