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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