I. Développement embryonnaire des Amphibiens : étapes et ...

Développement embryonnaire et post-embryonnaire d'un vertébré :
mise en place du plan d'organisation Introduction : On va utiliser principalement le modèle des Amphibiens.
Embranchement des Vertébrés. Un embranchement caractérisé par un plan
d'organisation : présence d'un endosquelette osseux, céphalisation et
cérébralisation très marquées (présence d'un encéphale). Au sein des
Amphibiens : Anoures (sans queue), grenouilles et crapaud (Xénope) et
Urodèles, (avec queue) Triton, Salamandre. L'oeuf ou zygote est le produit de la fécondation, c'est-à-dire de l'union
de gamètes mâle et femelle (plasmogamie), suivie de la fusion de leurs
noyaux (caryogamie) : le zygote est une cellule diploïde. La fécondation a
lieu en milieu aquatique. Le résultat de la fécondation est donc bien une
cellule unique : quels sont les mécanismes et étapes permettant de passer
du zygote à un adulte pluricellulaire, caractérisé par un plan
d'organisation de Vertébré ? L'?uf subit sans délai les premières divisions de segmentation qui mettent
en place l'embryon. Celui-ci poursuit son développement, protégé par des
enveloppes externes ; la jeune larve ou têtard, éclôt, c'est-à-dire sort
des enveloppes de l'?uf pour mener une vie libre. Quelques semaines plus tard, la larve subit une métamorphose à l'issue de
laquelle l'adulte est réalisé. Seul l'adulte est apte à la reproduction
sexuée (sauf cas particuliers de néoténie : Axolotl). Il s'agit d'un
développement dit indirect. Le développement de l'embryon concerne la mise en place du plan
d'organisation, l'édification des organes (organogénèse) à la suite des
divisions cellulaires initiales (divisions de segmentation). La formation
des organes repose sur la différenciation progressive des cellules. La
croissance concerne l'augmentation des dimensions des cellules et des
organes. Développement et croissance sont le résultat d'un programme
coordonné et hiérarchisé dans l'espace et dans le temps. On peut se demander quels sont les mécanismes de contrôle du développement,
permettant la succession harmonieuse des différentes étapes ? 1 Développement embryonnaire des Amphibiens : étapes et mécanismes
1 De l'ovocyte au zygote : quelques informations sur la fécondation
1 L'ovocyte contient les éléments nécessaires au développement précoce L'ovocyte se différencie dans l'ovaire de la femelle, à partir de cellules
souches en multiplication, les ovogonies. L'ovocyte II fécondable est une
cellule ayant subi la méiose, elle est en fait bloquée en métaphase II de
méiose. La méiose s'achève lors de la fécondation. L'ovocyte est alors
véritablement haploïde. La cellule est protégée par des enveloppes, extérieures à la mb plasmique.
L'enveloppe vitelline est adjacente à la mb, elle est probablement
constituée de glycoprotéines. Elle est élaborée par les cellules
folliculaires dans l'ovaire. La gangue est ajoutée lors du passage dans
l'oviducte. Elle possède une texture de gel très hydraté.
L'ovocyte contient un ensemble de réserves nutritives : le vitellus. Il est
présent dans le cytoplasme de la cellule sous forme d'agrégats de protéines
et de lipides : les plaquettes vitellines. La vitellogénine est la protéine précurseur, synthétisée dans les
hépatocytes. La vitellogénine est apportée jusqu'à l'ovaire par la
circulation sanguine. Elle subit une endocytose à récepteur au niveau de
l'ovocyte. Puis elle passe dans l'endosome puis les lysosomes où elle est
clivée en phosvitine (une protéine phosphorylée) et en lipovitelline (une
lipoprotéine). Les protéines sont concentrées et déshydratées : elles constituent alors
des plaquettes vitellines. Chaque plaquette est délimitée par une mb (car
issue d'endocytose). La vitellogenèse (accumulation du vitellus) a lieu au
début de la méiose, lorsque l'ovocyte est bloqué en prophase 1. Les
réserves sont réparties de façon hétérogène dans l'ovocyte : elles
s'accumulent à l'opposé du noyau : pôle végétatif (75% des réserves), par
opposition à la région pauvre en vitellus : pôle animal.
L'ovocyte accumule aussi des protéines et des acides nucléiques
(synthétisés sur place), correspondant à des réserves informatives. Ces
acides nucléiques se répartissent aussi selon un gradient (RNP) opposé au
gradient de vitellus. Le cytoplasme du PA est pauvre en vitellus (petites
plaquettes vitellines éparses), mais riche en protéines, et surtout
ribosomes (ARNr) et en ARNm nécessaires :
- aux 1ères divisions de segmentation : ARNm de protéines membranaires
d'adhérence (cadhérines, fibronectines...) et du cytosquelette (actine,
tubuline...).
- à la réplication (histones) et à la traduction (protéines ribosomales).
- au contrôle de la destinée des cellules : ARNm de facteurs de
transcriptions, de molécules de contrôle Vg1... Rq : les synthèses ont lieu aussi lors de la prophase de méiose 1 Les organites ont aussi une répartition particulière : Les mitochondries et
les granules corticaux sont situés à la périphérie, au niveau du cortex.
Les granules corticaux sont des vésicules qui contiennent des enzymes, des
glycoprotéines et des mucopolysaccharides. Des granules pigmentaires
(contenant de la mélanine) sont présents dans le cortex mais uniquement
dans l'hémisphère animal. Bilan :
L'ovocyte II a un diamètre de 1 à 2mm (selon les espèces). Il contient :
52% d'eau, 34.5% de protéines, 7.5% de lipides, 3% de glucides et 2%
d'acides nucléiques. L'ovocyte est marqué par une symétrie radiaire, autour
d'un axe passant par le pôle végétatif et par le pôle animal. Cet axe
préfigure l'axe antéro-postérieur de l'embryon (pôle animal équivalent à
l'avant). L'ovocyte est aussi marqué par une polarité structurale :
opposition hémisphère animal, hémisphère végétatif (on remarque aussi la
localisation du globule polaire et de la tâche de maturation). Enfin,
l'ovocyte montre une polarité moléculaire, de par la répartition des ARNm :
ce sont des déterminants cytoplasmique, les cellules qui en héritent
s'engageront dans des voies de différenciation bien particulières.
2 La fécondation modifie la structure du zygote La pénétration du noyau spermatique dans l'ovule (t = 0), qui a toujours
lieu entre le PA et l'équateur, déclenche la réaction corticale : fusion
des granules corticaux avec la membrane plasmique et exocytose de leur
contenu (enzymes + mucopolysaccharides), qui a pour conséquence :
- La membrane plasmique ovulaire se dissocie de la membrane vitelline.
- L'adjonction de protéines de structure à la membrane vitelline, pour
constituer la membrane de fécondation. L'ensemble de ces transformations des enveloppes de l'oeuf a une fonction
de blocage tardif contre la polyspermie. La fin de la réaction d'activation
a lieu au t = 10 min. Le noyau spermatique s'enfonce dans le cytoplasme
ovulaire en direction de l'axe des pôles ; il entraîne dans son déplacement
des granules de pigment qui constitue une traînée spermatique. L'oeuf, libéré de ses liens avec la membrane vitelline, est libéré dans
l'espace périvitellin. La densité du PV, plus riche en grandes plaquettes
vitellines, étant supérieure à celle du PA, l'?uf s'oriente selon la
pesanteur, PV vers le bas et PA vers le haut (réaction d'équilibration). A
l'issue de la réaction d'équilibration, qui dure 30 min à 18°C, tous les
?ufs qui, avant la fécondation étaient orientés en tous sens, se trouvent
le PA noir tourné vers le haut. A ce moment a lieu l'émission du 2ème GP et
le remplacement du fuseau de division par le pronucleus femelle. Au t = 70 min après la fécondation, la couche pigmentaire superficielle
bascule de 30° autour d'un axe de rotation passant par le centre de l'?uf
et perpendiculaire au plan méridien PA-PV-trainée spermatique : la
pellicule corticale glisse sur la masse centrale qui reste fixe. En
conséquence, la couche pigmentaire remonte sur la face de l'?uf opposée au
point de pénétration du spermatozoïde, et redescend de l'autre côté.
L'amplitude du mouvement est attestée par la mise en place d'une zone
dépigmentée en forme de croissant sur la face opposée au point de
pénétration du spermatozoïde, le croissant gris ou croissant dépigmenté
(formé par la partie profonde de la couche pigmentaire qui reste solidaire
de la partie profonde de l'oeuf, seule la partie superficielle de la couche
pigmentaire subissant le mouvement de rotation). La position du croissant
gris préfigure l'orientation dorso-ventrale de l'adulte : Le dos du futur
animal s'édifiera du côté du croissant gris, le ventre du côté opposé. Le
plan de remontée et descente maximales des pigments constitue le futur plan
de symétrie bilatéral de l'animal, qui est mis en place au t = 130min
(réaction de symétrisation). Le zygote est passé d'une symétrie radiaire à
une symétrie bilatérale.
Il est important de noter que les facteurs cytoplasmiques (ARNm) sont
redistribués eux aussi au moment des mouvements du cortex, par exemple
l'ARNm de Vg1 (on y reviendra avec le contrôle).
[pic]
La caryogamie a lieu peu après : c'est la fusion du matériel génétique mâle
et femelle. 2 La segmentation : du zygote à la Blastula, formation d'un ensemble
pluricellulaire
Phase d'augmentation rapide du nombre de cellules correspond à la
segmentation.
1 Du zygote au stade blastula
La segmentation de l'?uf de Grenouille est totale ou holoblastique, c'est-à-
dire que la totalité du contenu de l'?uf va être répartie entre des
cellules filles. Le 1er sillon de segmentation se met en place selon un plan méridien au t =
150min; il ne coïncide que dans 50% des cas avec le plan de symétrie
bilatéral (par le croissant gris). Le 2nd sillon est méridien et
perpendiculaire au 1er. Les deux 1ères divisions de segmentation
aboutissent à la mise en place d'un embryon constitué de 4 cellules
identiques, au contenu semblable, les blastomères (segmentation égale). Le 3ème sillon de segmentation est latitudinal (donc perpendiculaire aux 2
précédents) et légèrement sus-équatorial du fait de l'ab