Chapitre 5 Faire un membre -...
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Chapitre 5 Faire un membre
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Chapitre 5
Faire un membre
Le plan d'organisation du membre antérieur comprend trois régions :
le stylopode (le bras) contenant l'humérus,
le zeugopode (l'avant bras) regroupant les radius et le cubitus,
l'autopode (la main) constitué par les os du poignet (les carpes) et des doigts (les
métacarpes et les phalanges).
S'organisent dans l'espace selon trois axes : l'axe proximo-distal de l'épaule aux
phalanges, l'axe antéro-postérieur du pouce à l’auriculaire et l'axe dorso-ventral.
La mise en place du membre requiert une séquence morphogénétique régulée dans
l'espace et le temps. Elle est conservée chez les tétrapodes.
Faire un membre: les mains sont plus récentes que les bras
I - Faire un membre: les mains sont plus récentes que les bras
L’organogénèse des membres commencelorsque des cellules de la somatopleure,structure mésodermique issue des lameslatérales se détachent de cette structureet se rassemblent sous l’épiderme.
Elles formeront les élémentssquelettiques des membres.
Elles sont rejointes par les cellulesqui se détachent de la région ventrale du somite.
L’accumulation de ces deux types cellulaires conduit à un soulèvementde l’épiderme sus-jacent.
Il apparaît alors à la surface de l’embryon une saillie circulaire appelée le bourgeon du
membre ou bourgeon appendiculaire.
Les bourgeons des membres antérieurs se forment dans la région adjacente aux somites
7-12 et à 9-9,5 jours de développement.
Les bourgeons des membres postérieurs font saillis au voisinage des somites 23-28 à 9,5-
10 jours de développement.
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Le bourgeon appendiculaire à l’origine des membres est une
structure très organisée :
une partie centrale mésenchymateuse d'origine mésodermique
recouverte par l’ectoderme.
L'ectoderme situé à l'extrémité du bourgeon s'épaissit
pour former une structure spécialisée : la crête apicale ectodermique.
Cette structure maintient une croissance continue du bourgeon
de membre le long de l'axe proximo-distal.
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AER
Le bourgeon de membre s'aplatit le long de
l'axe dorso-ventral et devient asymétrique
par rapport à l'axe antéro-postérieur.
Les éléments les plus proximaux sont les premiers à
se différencier suivi des structures plus distales.
Cette organogenèse dépend de la mise en place
et du maintien de trois centres signalisateurs :
la crête ectodermique apicale,
la zone d'activité polarisante et
l'ectoderme du bourgeon de membre.
La zone d'activité polarisante
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L'ablation de la crête à un moment
quelconque du développement provoque
l’arrêt de l’organogenèse distale du membre.
La greffe de cette région sur un bourgeon de membre
induit des structures distales surnuméraires.
Si l'on fait subir une rotation de 90 ou 180
à la coiffe apicale. Inversion des structures
(le mésenchyme lui n'a pas bougé)
La crête de cellules maintient la prolifération des cellules
sous-jacentes qui constituent la zone de progression.
La crête ectodermique apicale est donc responsable de
la croissance continue et du développement du membre.
Faire un membre: les mains sont plus récentes que les brasLa crête apicale ectodermique
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La crête apicale ectodermique : analyses expérimentales :
Chez le poulet
Interactions épithéliummésenchyme
FGF8ectoderme
Les moléculesde signalisation
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Analyses moléculaires
FGF10
Si l’on greffe une bille imprégnée de FGF10 formation d’un membreectopique
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La crête apicale ectodermique : analyses expérimentales :
Quand le mésenchyme du bourgeon de membre est formé, les cellules sécrètent du FGF 10 qui
induit l’ectoderme pour former la crête apicale
hybridation
Bille FGF
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Données expérimentales
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La crête apicale ectodermique : analyses expérimentales :
souris
FGF8
En retour la crête sécrète FGF8
FGF 10
mésenchyme crête
FGF 8
Maintien de la prolifération du mésenchyme : zone de prolifération proximo distale
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La crête apicale ectodermique gére l’axe proximo-distal
Deux modèles de prolifération : axe proximo-distal
La crête ectodermique apicale est donc responsable dela croissance continue et du développement du membre.
la zone d'activité polarisante I - Faire un membre: les mains sont plus récentes que les bras
La zone d'activité polarisante
Centre organisateur
localisée dans le mésenchyme au bord postérieur dubourgeon
La zone d'activité polarisante est
localisée dans le mésenchyme au bord postérieur du
bourgeon et contrôle la mise en place de la polarité antéro-postérieure.
La zone d’activité polarisante
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Antérieur
Postérieur
ZPA
greffe
Duplication en miroir Antéro
Postérieur
La zone d’activité polarisante : données expérimentales
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ShhShh est localisée dans le mésenchymeau bord postérieur des bourgeons
La zone d'activité polarisante est
localisée dans le mésenchyme au bord postérieur du
bourgeon et contrôle la mise en place de la polarité proximo-distale.
La zone d’activité polarisante
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La zone d’activité polarisante : données expérimentalesFaire un membre: les mains sont plus récentes que les bras
Résultats identiques avec des billesimprégnées de Shh
Chez la souris, mutation da Shh génère une troncation des membres avec une réductionou disparition des doigts
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Données expérimentales
Ablation de la ZPAPuis billes de FGF
Bille FGF
Shh
ZPAShh
FGF 8
La zone d’activité polarisante : données expérimentales
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FGF 4
FGF 8
FGF 8 + FGF 4
Asymétrie moléculaire
La protéine Shh provoque ensuite une cascade d'activation qui conduit les cellules de la crêteapicale à synthétiser un autre facteur de croissance : le FGF4En synergie avec FGF8, il induit également une prolifération des cellules de la zone de progression.
Les signalisations
Faire un membre: les mains sont plus récentes que les bras
Le facteur de croissance FGF8 est l'élément initial.
Sécrété, il agit sur les cellules mésenchymateuses
sous-jacentes à la crête apicale (dans la zone de progression) pour les maintenir dans un état
indifférencié et favoriser leur prolifération.
Il induit également l'activation du gène Shh dans
la région postérieure du bourgeon de membre.
La protéine Shh provoque ensuite une cascade
d'activation qui conduit les cellules de la crête apicale à synthétiser un autre
facteur de croissance : le FGF4
En synergie avec FGF8, il induit également une
prolifération des cellules de la zone de progression.
Les signalisationsFaire un membre: les mains sont plus récentes que les bras
D'autres protéines sont également nécessaires
à l’organisation générale du membre.
Les protéines En1 et Wnt-7a qui sont liées
à la détermination des régions ventrales
et dorsales du futur membre.
Elles sont produites par le troisième
centre de signalisation : l’ectoderme.
Les signalisations
Faire un membre: les mains sont plus récentes que les bras
D'autres protéines sont également nécessaires
à l’organisation générale du membre.
Les protéines En1 et Wnt-7a qui sont liées
à la détermination des régions ventrales
et dorsales du futur membre.
Elles sont produites par le troisième
centre de signalisation : l’ectoderme.
Faire un membre
Inactivation de Wnt7a chez la sourisDeux paumes
L’ectoderme
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Analyses moléculaires
Les gènes Hox
Les facteurs detranscription
Des sondes nucléiques dérivées deshoméoboites ont été utilisées pourrechercher des séquences homologueschez les vertébréspuis chez d’autres invertébrés.
4 complexes :
les Hox, homologues du complexe HOM-Cde la drosophile :
sur des chromosomes différents
ordre des gènes identique
Les gènes Hox
Faire un membre: les mains sont plus récentes que les bras
Les gènes Hox Faire un membre: les mains sont plus récentes que les bras
Génes paralogues : chez la souris, 13 groupes de paralogie (ou sous-classes).
Par exemple, les gènes Hoxa-4, Hoxb-4, Hoxc-4 et Hoxd-4 sont des gènes paralogues. Ils forment un sous-groupe.
Les gènes Hox
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Les gènes Hox : expression
Faire un membre: les mains sont plus récentes que les bras
L’activation de la transcription des gènes Hox d’un même complexeau cours du développement embryonnaire est séquentielle.
Elle suit la règle dite de colinéarité :plus un gène Hox est proche del’extrémité 3’ du complexe, plus satranscription est précoceplus la frontière antérieure de son domaine d’expression est localiséevers l’extrémité antérieure de l’embryon.
Il y a donc une colinéarité spatiale et temporelle entre le patron d’expressiondes gènes d’un complexe Hox et leur disposition sur le chromosome.
Combinatoire d’expression des gènes Hox imprime aux cellules une information deposition selon l’axe antéro-postérieur ou proximo-distal.
Les gènes Hox : les Hox d et a
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Les gènes Hox : les Hox d et a
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Expression antéro-postérieur
Les gènes Hox : les Hox d et a
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Distribution selon deux axes
Au total, ces molécules participent à un réseau d'informations qui circulent entre la
crête apicale ectodermique, la zone de prolifération et la zone à activité polarisante.
Il active, maintien ou arrête l'expression des gènes Hox .
Des expériences d'inactivation ou de modification d'expression de ces gènes montrent
qu'ils sont directement impliqués dans la mise en place de l’axe proximo-distal.
En particulier les groupes de paralogie 9 à 13 sont impliqués au cours de la mise en
place des membres selon trois phases :
Phase I qui met en place le stylopode (le bras).
Phase II qui génère le zeugopode, l’avant bras (cubitus et radius).
Phase III qui engendre l’autopode ( la main).
Les gènes Hox
Faire un membre: les mains sont plus récentes que les bras
Phase I qui met en place le stylopode (le bras).
Les gènes Hox
Les gènes Hoxd-9 et Hoxd-10 qui s'expriment de manière précoce dans le domaine
proximal du bourgeon de membre a une fonction primordiale dans la mise en place du
bras .
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Les gènes Hox
Les gènes Hoxd-11, Hoxd-12 et Hoxd-13 qui s'expriment de manière plus tradive dans le
domaine proximal du bourgeon de membre ont une fonction primordiale dans la mise
en place de l’avant bras.
Faire un membre: les mains sont plus récentes que les bras
Les gènes Hox
Les gènes Hoxa-13, Hoxd-13, Hoxa-12, Hoxd-10, Hoxd-11 et Hoxd-12 qui s'expriment
en dernier lieu dans le domaine proximal du bourgeon de membre ont une fonction
primordiale dans la mise en place de la main.
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Les gènes Hox
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Souris
Les gènes Hox
Les doubles invalidations mettent en évidence un certain degré de redondance
fonctionnelle entre les gènes d'un même groupe.
Si l'on réalise une double mutation pour les gènes Hoxa-11 et Hoxd-11, le radius et le
cubitus sont affectés.
En revanche, un seul de ces gènes paralogues suffit à la formation de l'avant-bras.
Si l'on produit une double mutation des gènes Hoxa-13 et Hoxd-13, la formation de la
main est anormale.
La mutation d'un seul de ces gènes conduit à la mise en place d'une main correctement
formée.
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Hiérarchie fonctionnelle dans la fonction de ces gènes. En effet, une mutation des gènes
des groupes de paralogie 11 ou 12 provoquera des malformations des autopodes moins
prononcées qu'une mutation qui affecte les gènes du groupe 13.
Tout se passe comme si les gènes du groupe 13 exerçaient une action dominante sur le
fonctionnement des autres gènes pour assurer la mise en place des structures finales de
la main.
11 -12 13
Les gènes Hox
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Les gènes Hox
Hiérarchie fonctionnelle des paralogues
Faire un membre: les mains sont plus récentes que les bras
Morts cellulaire programméeapoptose
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