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Les cellules à stries primitives restent-elles avec nous ?

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Existe-t-il des preuves ou des expériences pour montrer que les cellules de la séquence primitive chez l'homme restent en nous en très faible quantité ? Par exemple, j'ai lu des tératomes https://www.healthline.com/health/teratoma#causes

Est-il possible que ces cellules soient encore en chacun de nous dans nos os de la queue sans causer de problèmes à la majorité ? Avons-nous encore ces « cellules à stries primitives » dans d'autres zones de notre corps qui ne causent pas de problèmes ?

De plus, où s'arrête la séquence primitive dans le corps humain ? Est-ce qu'une petite partie reste avec nous dans un petit endroit quelque part ?


Dans un laboratoire repoussant les limites de la biologie, un éthicien intégré contrôle les scientifiques

Les jeunes scientifiques avaient une question. Ils travaillaient avec des embryons de souris à partir desquels toutes les cellules vivantes avaient été chimiquement dissoutes.

Jusqu'ici, tout va bien, pensa la bioéthicienne en écoutant la présentation lors d'une réunion de laboratoire de la Harvard Medical School.

Les scientifiques ensemencent les échafaudages de souris avec des cellules souches humaines. Ces cellules devaient se transformer en cellules hépatiques humaines et peut-être en un mini foie humain et en cellules rénales humaines et peut-être en mini reins humains et en cellules cardiaques et cérébrales humaines et…

Jeantine Lunshof insiste sur le fait qu'elle n'est pas la « police de l'éthique ». C'est écrit sur la porte de son bureau de la taille d'un placard à Harvard. Elle ne trouve pas de raisons d'arrêter les expériences par réflexe. Elle ne fouine pas les écarts par rapport aux directives éthiques. Mais lorsque les scientifiques discutent de leurs recherches lors des réunions de laboratoire bihebdomadaires auxquelles elle assiste, "Je dirai, hmm, cela soulève de bonnes questions", a déclaré Lunshof.

Les « bonnes questions » ne manquent pas pour Lunshof, qui, depuis trois ans, est intégré au laboratoire de biologie synthétique de George Church, le visionnaire dont les projets consistent notamment à essayer de ressusciter le mammouth laineux et à « écrire » un génome humain à partir de rayure. Church est également célèbre pour avoir soutenu qu'il est éthiquement acceptable de modifier les génomes d'embryons humains si cela permet d'atténuer en toute sécurité les souffrances, et pour avoir encouragé les gens à rendre publique la séquence complète de leur génome, la vie privée soit au diable.

Dans le laboratoire de l'Église, Lunshof a déclaré à STAT, "vous avez des conversations incroyablement intéressantes".


Origines de l'épiblaste et des stries primitives de l'endoderme chez l'embryon de poulet gastrulant

La gastrulation est caractérisée par les mouvements extensifs des cellules. La cartographie du destin est utilisée pour suivre ces mouvements cellulaires au fur et à mesure qu'ils se produisent au fil du temps, et des cartes de destin prospectives ont été construites pour plusieurs étapes des organismes modèles utilisés dans les études modernes en biologie du développement. Dans les embryons de poulet, des cartes de devenir détaillées ont été construites pour les cellules mésodermiques et ectodermiques potentielles. Cependant, l'origine et le déplacement des cellules endodermiques potentielles pendant les périodes cruciales de la gastrulation restent incertains. Cette étude avait trois objectifs. Tout d'abord, nous avons déterminé l'origine des stries primitives de l'endoderme à l'aide de marqueurs fluorescents supravitaux et avons suivi le mouvement des cellules endodermiques potentielles au fur et à mesure de leur dispersion pour générer la couche endodermique définitive. Nous montrons qu'entre les stades 3a/b et 4, l'endoderme définitif intra-embryonnaire reçoit des contributions principalement de la moitié rostrale de la ligne primitive, et que les mouvements endodermiques sont parallèles à ceux des subdivisions mésodermiques adjacentes pénétrantes. Deuxièmement, la question de l'origine épiblastique de la couche endodermique a été abordée en marquant avec précision les cellules épiblastiques dans une région connue pour donner naissance à des cellules somitiques potentielles, et en suivant leur mouvement au fur et à mesure qu'elles subissaient l'ingression à travers la strie primitive. Nous montrons que l'épiblaste contribue clairement aux cellules endodermiques potentielles à la strie primitive, et par la suite à l'endoderme définitif de la zone pellucide. Enfin, la relation entre l'hypoblaste et l'endoderme définitif a été définie en suivant des cellules à stries primitives rostrales marquées sur une courte période de temps car elles ont contribué à l'endoderme définitif, et en combinant ceci avec une hybridation in situ avec une ribosonde pour Crescent, un marqueur de l'hypoblaste. Nous montrons qu'à mesure que la couche endodermique définitive est déposée, il y a intercalation cellule-cellule à son interface avec les cellules hypoblastiques déplacées. Ces données ont été utilisées pour construire des cartes prospectives détaillées du devenir de l'endoderme dans l'embryon de poulet, délimitant les origines et les migrations des cellules endodermiques dans divers niveaux rostrocaudaux de la ligne primitive pendant les périodes clés du développement précoce.


Notes complètes sur l'embryologie [Pour les étudiants] | Succursales | La biologie

Compilation de notes sur l'embryologie sur Internet !

Embryologie Remarque # 1. Introduction à l'embryologie :

Le but de cette note est de familiariser le lecteur avec les faits et problèmes fondamentaux de la science de l'embryologie. Le nom « embryologie » est quelque peu trompeur. Littéralement, cela signifie l'étude des embryons. Le terme «embryon» désigne le stade juvénile d'un animal alors qu'il est contenu dans l'œuf (à l'intérieur des enveloppes de l'œuf) ou dans le corps maternel.

Un jeune animal, une fois éclos de l'œuf ou né, cesse d'être un embryon et échapperait à la sphère de la science de l'embryologie, si l'on s'en tenait strictement au sens exact du mot. Bien que la naissance ou l'éclosion de l'œuf soit une occasion très importante dans la vie de l'animal, il faut admettre que les processus qui se déroulent dans le corps de l'animal peuvent ne pas être profondément différents avant et après l'éclosion d'un œuf, en particulier dans certains animaux inférieurs.

Il serait artificiel de limiter les études des formes juvéniles de la vie animale à la période précédant l'éclosion ou la naissance de l'animal. Il est donc habituel d'étudier l'histoire de la vie d'un animal dans son ensemble et d'interpréter en conséquence la portée de la science de l'embryologie comme l'étude du développement des animaux.

Embryologie Note 2. Embryologie analytique :

Après le milieu du siècle actuel, l'embryologie s'est retrouvée entraînée dans la nouvelle tendance qui s'est développée dans la science biologique. Au début du siècle, le contexte de cette nouvelle tendance a été établi principalement par les travaux de T. H. Morgan et de son école.

Ce travail a prouvé que les unités d'hérédité, les gènes, sont disposées en ordre linéaire dans les chromosomes des cellules. L'analyse montre que les chromosomes sont constitués de plusieurs composants chimiques : l'acide désoxyribonucléique (ADN), l'acide ribonucléique (ARN) et les protéines.

Dans un article historique publié en 1953, Watson et Crick ont ​​suggéré que l'acide désoxyribonucléique, tel qu'il se trouve dans les chromosomes, est constitué de paires de molécules très allongées enroulées en spirale les unes autour des autres dans une double hélice. Chaque brin de l'hélice est composé d'un certain nombre d'unités, les mononucléotides, qui ne diffèrent les unes des autres que par la base azotée (c'est-à-dire l'adénine, la thymine, la guanine ou la cytosine) que chacune contient.

Les bases forment deux paires, qui structurellement s'emboîtent, de sorte que dans la double hélice entrelacée, l'adénine se lie toujours à la thymine et la guanine à la cytosine. D'autres travaux ont clairement montré que l'arrangement des bases dans la molécule d'acide désoxyribonucléique contient un code pour les protéines qui peuvent être synthétisées par une espèce particulière d'organisme.

Le code est essentiellement une série de « triplets » groupes de trois bases qui correspondent à un acide aminé dans une chaîne polypeptidique (protéine). Ainsi, une séquence de triplets dans l'ADN détermine une séquence d'acides aminés dans une molécule de protéine, et la section de la molécule d'acide désoxyribonucléique contenant cette séquence est la partie essentielle de ce que les généticiens appellent un « gène ».

Entre le code génétique de l'ADN chromosomique et les protéines cellulaires, il existe certaines étapes intermédiaires. Le "message" contenu dans l'ADN doit d'abord être copié sous la forme d'une molécule d'acide ribonucléique, dont la séquence nucléotidique est complémentaire de la séquence nucléotidique de l'ADN (sauf que l'uridine prend la place de la thymine). C'est la phase de “transcription”. Le code est alors contenu dans une molécule d'ARN (“messenger” RNA).

Deux autres types d'acide ribonucléique sont modelés sur l'ADN : l'ARN ribosomique, qui, avec certaines protéines, forme de petites particules (± 200 Å de diamètre), les ribosomes et l'ARN de transfert, qui est impliqué dans l'apport de l'acide aminé correct au ribosome, où les acides aminés s'arrangent et s'assemblent dans le bon ordre selon le code contenu dans l'ARN de mes­senger. Cette procédure constitue la phase de “traduction”.

L'importance de ces découvertes pour l'embryologie découle des considérations suivantes. Il est devenu évident que toutes les propriétés de tout organisme sont déterminées en dernier lieu par la séquence de triplets de base dans les molécules d'ADN. De plus, il est admis que la séquence des triplets de base détermine directement les types de protéines pouvant être produites par un organisme.

Toutes les autres manifestations propres à tout organisme, qu'elles soient morphologiques ou physiologiques, dépendent plus ou moins directement de l'assortiment de protéines codées par l'ADN héréditaire. Cette nouvelle façon de voir le monde organique déplace le problème du développement ontogénétique directement dans le domaine des relations moléculaires. Elle permet aussi, en principe, la construction d'une théorie complète du développement.

Une telle théorie commencerait par les séquences triplées dans l'ADN et montrerait d'abord comment ces séquences sont « lues » en les transformant en un réseau de protéines, placées et distribuées de manière organisée dans l'espace et le temps, puis montrer comment les protéines, agissant en partie d'elles-mêmes et en partie par l'intermédiaire d'autres composants chimiques, produisent le système compliqué qu'est un organisme adulte.

Toute une série de nouvelles techniques ont été mobilisées pour travailler à une telle théorie du développement. La microscopie électronique a fait de grands progrès après le milieu des années 1950, lorsque des méthodes ont été développées pour intégrer des tissus dans des plastiques et pour couper des sections ultrafines pour l'étude de la structure fine des cellules. Des méthodes raffinées d'analyse chimique, telles que la chromatographie, l'électrophorèse, l'ultracentrifugation et l'utilisation de traceurs radioactifs, ont été mises à la disposition des embryologistes.

Avec l'évolution du contexte théorique et des techniques, un changement subtil a imprégné le travail des embryologistes. Le but de l'investigation n'est plus l'étude du développement d'un animal en particulier ou d'un groupe d'animaux, mais la découverte des principes de base et des processus de développement. Cette tendance scientifique peut peut-être être appelée embryologie analytique, et c'est ce qu'est en réalité l'embryologie «moderne».

Il faut bien comprendre que l'embryologie analytique ne peut procéder qu'à partir des connaissances fournies par l'embryologie descriptive, car après tout, c'est le cours réel des transformations qu'il faut expliquer par la théorie du développement, de l'embryologie comparée, parce qu'elle est Il est nécessaire de connaître l'importance générale d'un phénomène particulier du développement et de l'embryologie expérimentale, car elle a révélé les relations causales de nombreux processus de développement.

Embryologie Note 3. Structure et fonctions des acides nucléiques :

La structure et la fonction des acides nucléiques et leur rôle dans le contrôle de la synthèse des protéines - qui fait l'objet de la branche de la science appelée « biologie moléculaire » au sens étroit du terme - ont été élucidés en premier lieu. par les travaux effectués sur les bactéries et les virus.

Ces formes de vie (ainsi que les algues bleu-vert) sont considérées comme appartenant aux Prokaryota - des formes de vie sans véritable noyau. Les animaux, en particulier les animaux multicellulaires, appartiennent aux organismes nucléés, les Eucaryotes.

Ces dernières années, il est devenu clair que la structure et les fonctions des acides nucléiques chez les eucaryotes diffèrent par de nombreux aspects essentiels de celles des procaryotes, et que les résultats obtenus dans les travaux sur les procaryotes ne peuvent pas être utilisés directement pour expliquer les processus vitaux chez les eucaryotes, et en particulier les processus de morphogenèse.

Il existe une différence profonde dans les tâches mêmes que les mécanismes acides nucléiques-protéines doivent remplir chez les procaryotes et les eucaryotes. Chez les procaryotes, l'ADN (ou l'ARN dans certains virus) sert à transmettre l'hérédité et à contrôler les processus vitaux dans un seul type de cellule.

Chez les animaux (et les plantes) multicellulaires, en plus de transmettre des traits héréditaires et de contrôler les processus vitaux de nature générale, le mécanisme incarné dans l'ADN prévoit l'élaboration d'un système complexe dans lequel différentes parties remplissent diverses fonctions. Ceci appelle inévitablement une organisation plus complexe du génome et un système de fonctions inexistant chez les procaryotes.

Embryologie Remarque # 4. Cellules dans les tubes séminifères :

Le développement des spermatozoïdes a lieu dans les gonades mâles, les testicules. Chez les vertébrés et les insectes, les testicules sont des organes composites constitués de nombreux tubules semi-shynifères, ou lobules séminifères, convergeant vers des canaux communs qui conduisent les spermatozoïdes matures vers l'extérieur.

La spermatogenèse est un processus continu et différents stades de développement du sperme peuvent être observés simultanément dans les tubes séminifères. Dans le tubule, cependant, il existe un arrangement ordonné de cellules subissant différentes phases de développement.

Chez les insectes, les extrémités proximales des tubules contiennent les spermatogonies, les cellules en cours de prolifération par mitose. Plus bas dans le tubule, se trouvent les cellules aux stades de croissance et de maturation (les spermatocytes). Les spermatozoïdes mûrs remplissent les parties les plus distales des tubules.

Chez les vertébrés, la disposition des cellules dans les tubules séminifères est quelque peu différente - tous les stades, des spermatogonies aux spermatozoïdes matures, peuvent être trouvés au même niveau du tubule, mais tandis que les premiers stades (les spermatogonies) sont situés à l'extérieur surface du tubule dans un arrangement semblable à un épithélium à côté de la membrane basale, les derniers stades de différenciation, y compris les spermatozoïdes mûrs, se situent plus près de la lumière du tubule.

Une particularité des testicules des vertébrés est la présence dans les tubules séminifères de cellules somatiques, qui assistent le développement des spermatozoïdes en ancrant les cellules de différenciation et éventuellement en les nourrissant pendant la dernière partie du développement des spermatozoïdes.

Ces cellules, appelées cellules de Sertoli, sont de hautes cellules cylindriques attachées de manière proximale à la membrane basale et atteignant distalement la lumière du tubule. Les cellules de Sertoli ont de gros noyaux pâles avec des nucléoles bien visibles, différant ainsi des noyaux riches en chromatine plutôt denses des spermatogonies et des spermatocytes.

Les cellules se différenciant en spermatozoïdes s'incrustent partiellement dans le cytoplasme des cellules de Sertoli, les futures têtes des spermatozoïdes pointant vers la base des cellules de Sertoli et les queues se développant vers la lumière du tube séminifère. Il n'y a pas de cellules de Sertoli dans les tubules séminifères des insectes, mais des cellules similaires se trouvent dans les testicules des mollusques.

Les spermatogonies, comme nous l'avons déjà indiqué, se trouvent chez les vertébrés à côté des membranes basales des tubules séminifères, et dans les préparations microscopiques, on peut voir que beaucoup d'entre elles sont en mitose. Alors qu'une partie des spermatogonies reste dans cet état et forme une source de nouvelles cellules sexuelles tout au long de la vie reproductive de l'animal, certaines des cellules produites se déplacent vers la lumière du tubule et entrent dans la phase suivante de la spermatogenèse : la phase de croissance.

Les cellules à ce stade sont appelées spermatocytes primaires. La croissance des spermatocytes est en fait très limitée, bien qu'en conséquence ils deviennent sensiblement plus gros en volume que les spermatozoïdes (environ d'un facteur 2). Cependant, la caractéristique principale de ces cellules est qu'elles entrent dans la prophase des divisions méiotiques qui sont de la plus grande importance dans le cycle de reproduction de tous les organismes, mais qui ne peuvent être traitées ici que dans leur essentiel.

Embryologie Remarque # 5. Clivage:

L'une des particularités de la reproduction sexuée chez les animaux est que le corps multicellulaire complexe de la progéniture provient d'une seule cellule, l'œuf fécondé. Il est donc nécessaire que la cellule unique se transforme en un corps multicellulaire. Cette transformation a lieu au tout début du développement et est obtenue au moyen d'un certain nombre de divisions cellulaires qui se succèdent rapidement. Cette série de divisions cellulaires est connue sous le nom de processus de clivage.

Le clivage peut être caractérisé comme cette période de développement au cours de laquelle :

1. L'œuf fécondé unicellulaire est transformé par divisions mitotiques consécutives en un complexe multicellulaire.

3. La forme générale de l'embryon ne change pas, sauf pour la formation d'une cavité à l'intérieur, le blastocèle.

4. Hormis la transformation des substances cytoplasmiques en substance nucléaire, les changements qualitatifs de la composition chimique de l'embryon lors du clivage sont limités.

5. Les parties constitutives du cytoplasme de l'œuf sont peu déplacées et restent dans l'ensemble dans les mêmes positions que dans l'œuf au début du clivage.

6. Le rapport noyau/cytoplasme, très faible au début du clivage, est, à la fin, ramené au niveau que l'on trouve dans les cellules somatiques ordinaires.

Embryologie Remarque # 6. Métamorphose:

Le premier cas où les processus morphogénétiques peuvent être réactivés après que le développement a presque atteint l'arrêt est observé chez les animaux chez lesquels l'embryon se développe en larve et la larve se transforme en adulte par métamorphose. Des formes larvaires et une métamorphose qui les accompagne se trouvent dans la plupart des groupes du règne animal, mais en aucun cas chez tous les représentants de chaque groupe. Les larves ont généralement des noms spéciaux qui les distinguent des formes adultes.

Remarques finales sur la métamorphose:

La métamorphose des amphibiens et des insectes est un excellent exemple du contrôle des processus morphogénétiques par les hormones. La dépendance de la différenciation vis-à-vis des substances chimiques diffusibles, révélée par les études sur la métamorphose, doit être comparée aux résultats d'expériences sur l'influence des substances diffusibles sur la différenciation des cellules dans les cultures tissulaires.

Lorsque l'on compare l'interrelation de différentes hormones dans la métamorphose des insectes et des amphibiens, on est étonné de constater que ces deux groupes d'animaux ont développé des mécanismes causatifs ayant une similitude générale distincte. Dans les deux cas, la transformation est initiée par un organe sécréteur étroitement associé au cerveau : l'hypophyse chez les amphibiens, les cellules neuro-sécrétrices du proto-cérébrum chez les insectes.

Dans les deux cas, la sécrétion de ce centre primaire n'agit pas directement sur les tissus mais stimule l'activité d'une seconde glande endocrine – la glande thyroïde chez les amphibiens, la glande prothoracique chez les insectes. Enfin, l'hormone juvénile des insectes qui a pour fonction de contrôler et de prévenir les métamorphoses précoces a un équivalent dans l'hormone de type prolactine des têtards de grenouille.

Il existe très peu d'informations sur les agents responsables de la métamorphose chez les animaux autres que les amphibiens et les insectes, et nous ne savons pas si leurs transformations sont contrôlées par des hormones. On pourrait s'attendre à ce qu'au moins dans les cyclostomes, la transformation de la larve (ammocète) en adulte soit causée par des hormones, mais cela n'a pas été démontré que la thyroxine n'accélère pas la transformation de l'ammocète en lamproie.

Chez le têtard ascidien, l'absorption de la queue est en quelque sorte dépendante de l'extrémité antérieure du corps, car couper l'extrémité antérieure avec les papilles adhésives empêchera la nécrosation de la queue. Traiter les têtards d'ascidies avec de l'hormone thyroïdienne accélère la métamorphose, mais cette action n'est guère spécifique, car le têtard n'a pas de glande thyroïde propre et le traitement des têtards avec des narcotiques ou même avec de l'eau distillée a le même effet.

De nombreuses expériences ont été menées sur la métamorphose des larves de divers invertébrés (Tubularia, Bryozoa, oursins, mollusques). Le traitement par divers produits chimiques (par exemple, les sels de cuivre) a eu un effet positif. Cependant, il n'a pas été possible de trouver quels facteurs provoquent la métamorphose dans des conditions normales, et il n'y a jusqu'à présent aucune indication que dans aucun de ces organismes une hormone joue un rôle décisif dans le processus.

Une exception à la déclaration est apparemment présentée par la transformation de la forme asexuée du ver annélide, Platynereis dumerilii, dans la forme sexuelle. Cette transformation est dépendante d'une hormone neuro-sécrétoire libérée dans le prostomium de l'individu asexué. L'hormone est un inhibiteur de la transformation, et la forme sexuelle se développe lorsque l'hormone prostomium est éliminée.

Embryologie Remarque # 7. Croissance de cellules individuelles :

La croissance des cellules individuelles est la composante la plus essentielle de la croissance des corps multicellulaires. Il est donc d'une certaine importance de connaître les caractéristiques quantitatives de la croissance cellulaire. Malheureusement, en raison de la taille des cellules, il est très difficile de mesurer la croissance des cellules tissulaires individuelles, bien que le rythme de la multiplication cellulaire, en particulier in vitro dans les cultures tissulaires, puisse être observé assez facilement.

Des mesures réelles de croissance de cellules individuelles entre deux mitoses ont été effectuées sur des organismes unicellulaires. La croissance des infusoires à corps allongé a été étudiée en mesurant leur longueur à intervalles réguliers entre deux divisions, et chez un héliozoaire, Actinophys, qui a une forme sphérique la croissance a été estimée en mesurant le diamètre de la cellule.

L'augmentation du poids des cellules individuelles est encore plus difficile à mesurer. Cependant, au moyen d'une technique très fine, la pesée des cellules individuelles d'Amoeba tout au long de son cycle de vie a été accomplie. Les résultats de toutes ces mesures sont bien conformes les uns aux autres et montrent que dans ces organismes unicellulaires, la croissance est plus rapide après une division cellulaire et ralentit plus tard.

Il est raisonnable de supposer que le cours de la croissance des cellules dans les organismes multicellulaires suit le même cours général, il s'agit cependant d'une extrapolation qui nécessite une confirmation expérimentale supplémentaire.

Embryologie Remarque # 8. Examen des placentas dans différents groupes de mammifères :

Les différences dans les placentas de divers mammifères sont causées en partie par la structure et la disposition des villosités et en partie par le degré de connexion entre les tissus maternels et fœtaux. Chez les mammifères eutheriens plus primitifs, les placentas ne sont pas caduques.

Les villosités peuvent être dispersées sur toute la surface du chorion, dans le cas du porc, et ce type de placenta est connu sous le nom de placenta diffus. Chez les bovins, les villosités se trouvent en groupes ou en plaques, tandis que le reste de la surface du chorion est lisse. Les plaques de villosités sont appelées cotylédons, et un placenta de ce type est connu sous le nom de cotylédon placenta.

Chez les carnivores, les villosités se développent sous la forme d'une ceinture autour du milieu du blastocyste, de forme plus ou moins elliptique. C'est le placenta zonaire. Chez l'homme et les singes anthropoïdes, le chorion est, au début, tout couvert de villosités, mais les villosités continuent à se développer uniquement d'un côté, le côté détourné de la lumière de l'utérus, tandis que sur d'autres parties du chorion les villosités sont réduit.

Le placenta fonctionnel a donc la forme d'un disque et est appelé placenta discoïde. Un placenta discoïde s'est également développé indépendamment chez les rongeurs (souris, rat, lapin et autres). Chez les singes, le placenta se compose de deux disques, un placenta bidiscoidal.

L'épaisseur de la séparation entre le sang maternel et fœtal peut être diminuée par le retrait de certaines des couches de tissu intermédiaires. Selon les couches disparues, plusieurs types de placenta peuvent être distingués. Les noms donnés aux divers types indiquent les deux tissus, l'un maternel, l'autre fœtal, qui sont en contact immédiat.

Dans les cas les plus primitifs, les couches de tissus suivantes participent à la diffusion des substances de la mère à l'embryon :

1. Le sang de la mère.

2. La paroi endothéliale des vaisseaux sanguins maternels.

3. Le tissu conjonctif autour des vaisseaux sanguins maternels.

5. L'épithélium du chorion.

6. Le tissu conjonctif du chorion.

7. La paroi endothéliale des vaisseaux sanguins du chorion.

8. Le sang de l'embryon.

Si tous ces tissus sont présents dans le placenta, l'épithélium chorionique est en contact avec l'épithélium utérin, et le placenta est désigné comme placenta épithéliochorial. Ce type de placenta se retrouve chez tous les marsupiaux et chez les ongulés (chevaux, porcs, bovins). Dans le cas d'un placenta épithéliochorial, les villosités, dans leur croissance, poussent dans la paroi de l'utérus et se trouvent plus tard dans des dépressions en forme de poches de la paroi utérine.

Lors de l'implantation du blastocyste et, par la suite, lorsque les villosités commencent à se développer, les tissus superficiels de la paroi utérine peuvent être plus ou moins détruits. Si la destruction concerne l'épithélium utérin et le tissu conjonctif sous-jacent, l'épithélium du chorion peut entrer en contact direct avec les parois endothéliales des capillaires maternels. Il se forme alors un placenta appelé placenta endothéliochorial. On le trouve principalement chez les carnivores mais aussi chez quelques autres mammifères.

La destruction des tissus maternels de la paroi utérine peut impliquer l'endothélium des vaisseaux sanguins maternels. Les cavités des vaisseaux sanguins sont alors ouvertes, et les villosités du chorion se baignent dans le sang maternel, facilitant ainsi les échanges gazeux et la diffusion des substances nutritives du sang maternel dans les vaisseaux sanguins des villosités choriales.

Ce type de placenta, le placenta hémochorial, se trouve chez les primates et chez de nombreux insectivores, chauves-souris et rongeurs. En effet, les villosités choriales sont entourées d'espaces (sinus) dépourvus de paroi endothéliale, dans lesquels le sang maternel pénètre par les artères de l'utérus et d'où le sang s'écoule dans les veines utérines. Les villosités peuvent être des structures dendritiques ramifiées, ou elles peuvent fusionner distalement et former un réseau plus ou moins compliqué.

Dans le cas du placenta épithéliochorial, à la parturition, les villosités peuvent être retirées des poches dans lesquelles elles ont été enfoncées et la partie fœtale du placenta peut être retirée, laissant la surface de la paroi utérine intacte. Il n'y a donc pas de saignement à la naissance.

Ce n'est pas le cas avec d'autres types de placenta à la parturition non seulement le composant fœtal du placenta est éliminé mais également une partie de la paroi utérine participant à la fonction du placenta est arrachée. Une plaie ouverte est laissée sur la paroi de l'utérus et une hémorragie se produit inévitablement. Dans ce dernier cas, le placenta est dit caduc, alors que dans le premier cas, le placenta est non caduc.

L'hémorragie à la parturition est normalement arrêtée par le même mécanisme qui sert à l'expulsion du nouveau-né - la contraction de la paroi musculaire de l'utérus resserre les vaisseaux sanguins et ralentit ainsi le flux sanguin, jusqu'à ce que la coagulation du sang arrête l'hémorragie tout à fait.

Embryologie Note # 9. Physiologie du placenta chez les mammifères :

En l'absence de jaune dans les œufs de mammifères, la nutrition de l'embryon de mammifère dans l'utérus dépend entièrement du flux d'approvisionnement du corps maternel via le placenta, d'où les liens étroits entre les tissus fœtaux et maternels. Néanmoins, les tissus fœtaux et maternels du placenta ne se mélangent pas.

On ne saurait trop insister sur le fait que le sang de la mère et celui de l'embryon ne se mélangent pas dans des conditions normales le sang maternel n'entre pas dans la circulation sanguine de l'embryon ou vice versa. Entre le sang maternel et fœtal, il existe une séparation, la barrière placentaire.

Physiquement, la barrière est constituée du tissu situé entre les espaces sanguins dans les parties embryonnaire et maternelle du placenta. Cette barrière peut être atténuée (comme dans le placenta hémochorial) mais n'est pas brisée. Physiologiquement, la barrière placentaire est comme une membrane semi-perméable, laissant passer certaines substances mais en empêchant d'autres d'entrer.

Les substances à petites molécules traversent la barrière placentaire par simple diffusion. Cela s'applique à l'eau, à l'oxygène passant du sang maternel au sang fœtal, au dioxyde de carbone et à l'urée passant du sang fœtal au sang maternel, aux sels simples de sodium, de potassium et de magnésium et aux monosaccharides.

Le transport actif sous une forme ou une autre participe cependant à la pénétration de substances plus complexes à travers la barrière placentaire. C'est un fait bien établi que les vitamines et les hormones peuvent passer de la mère au fœtus. Le passage de certaines substances très complexes, les protéines en particulier, peut être affecté par la pinocytose à la surface du trophoblaste.

Des protéines hautement complexes sont connues pour être capables de pénétrer la barrière placentaire. De cette façon, les anticorps, qui se sont développés dans le sang d'une mère qui a acquis une immunité contre certaines maladies, telles que la diphtérie, la scarlatine, la variole et la rougeole, sont transmis au fœtus, qui devient ainsi passivement immunisé et insensible à ces maladies. dans les premières règles après la naissance.

Il convient de noter que chez les vaches, qui ont un placenta épithéliochorial et donc une formidable barrière placentaire, les anticorps ne peuvent pas être transmis de la mère à la progéniture à travers le placenta mais sont plutôt fournis au nouveau-né dans le lait de colostrum après la naissance.

Certains organismes pathogènes et virus sont capables de traverser la barrière placentaire et d'infecter le fœtus si la mère est infectée. Une telle pénétration est connue pour se produire avec la syphilis (causant une maladie congénitale) et également dans les infections par la variole, la varicelle et la rougeole. Une infection virale qui s'est avérée très dangereuse pour l'embryon est la rubéole ou la rougeole allemande.

De nombreux médicaments utilisés en médecine peuvent pénétrer la barrière placentaire et peuvent parfois provoquer la plupart des effets indésirables sur l'embryon. Ainsi, on pense que le médicament thalidomide, qui était utilisé comme sédatif, lorsqu'il était pris par les femmes en début de grossesse (25 à 44 jours), provoquait des déficiences importantes dans le développement des membres, du canal alimentaire (non-perforation de l'anus) , et le coeur.

Enfin, il faut souligner que bien que les tissus de la mère et du fœtus, y compris le trophoblaste, ne se mélangent pas et que les flux sanguins des deux soient séparés, la pénétration occasionnelle de cellules individuelles à travers la barrière placentaire n'est pas un événement exceptionnel.

On trouve parfois de petits nombres de globules sanguins fœtaux dans la circulation maternelle ainsi que des globules maternels dans la circulation de l'embryon. Cela peut être le résultat d'une rupture accidentelle des capillaires sanguins respectifs. L'origine des corpuscules peut être vérifiée puisque les érythrocytes fœtaux sont nucléés et les érythrocytes de la femelle adulte sont sans noyaux.

De petits fragments du trophoblaste peuvent se détacher des villosités choriales et être emportés par la circulation sanguine maternelle. Ils se retrouvent ensuite dans les capillaires sanguins des organes maternels, tels que les poumons. D'autre part, des cellules maternelles, probablement des globules blancs, ont été trouvées logées dans le système lymphatique (rate, thymus, ganglions lymphatiques et moelle osseuse) du fœtus.

Embryologie Remarque # 10. Séquences d'ADN répétitives :

Les gènes de l'ADN énumérés jusqu'à présent ne constituent en aucun cas la totalité de la chromatine dans une cellule eucaryote. Si l'ADN d'une telle cellule est divisé en fragments de longueur variable et que les fragments sont autorisés à s'hybrider, on constate qu'il existe de nombreux fragments qui s'hybrident rapidement, ce qui signifie qu'ils peuvent facilement trouver des partenaires correspondants (complémentaires).

Cela signifie à son tour qu'il existe un grand nombre de séquences d'ADN répétitives (identiques) dans le génome. Certaines de ces séquences répétitives, mais pas toutes, sont celles qui codent pour l'ARNr et l'ARNt. Il existe un très grand nombre de séquences courtes (de 200 à 500 nucléotides) dont la fonction n'est pas connue à l'heure actuelle.

Dans le génome du rat, il a été affirmé que 70 à 75 % de l'ADN est dans des séquences uniques (probablement codant pour l'ARNm), que 15 à 20 % de l'ADN est répété 10 à 100 000 fois (les gènes rDNA et tDNA tombent dans cette catégorie) et que 6 % de l'ADN est constitué de séquences répétées plus de 100 000 fois.

Il y a de bonnes raisons de soupçonner que ces séquences répétitives servent en quelque sorte à contrôler et réguler le fonctionnement des gènes du génome. De plus, il existe une classe spéciale d'ADN eucaryote qui, dans les expériences de réassociation, a tendance à se replier sur lui-même et à former des boucles en épingle à cheveux à double brin.

Ceci est le résultat de la présence dans la chromatine de l'ADN de séquences de bases qui sont disposées dans un ordre inverse (séquences “palin­drome”, comme des mots et des phrases qui se lisent de la même manière à l'envers). Il existe des preuves que ces boucles fournissent des sites de reconnaissance dans certaines interactions acide nucléique-protéine.

Enfin, des séquences d'ADN répétitives très courtes (6-15 nucléotides), qui ne sont ni transcrites ni traduites, sont regroupées en nombre énorme répété 10 3 à 10 7 fois dans la région centromère des chromosomes eucaryotes.

Embryologie Remarque # 11. Processus d'induction et de différenciation de la cellule :

La nature physico-chimique des processus d'induction concerne la manière dont les substances inductrices contrôlent la différenciation des cellules. En principe, on peut supposer que les substances inductrices pénètrent dans les cellules et, en interférant dans les mécanismes métaboliques à l'intérieur des cellules, modifient leur composition physico-chimique. Bien que ce mécanisme d'action semble assez plausible, il ne va pas de soi.

Des traceurs radioactifs ont été utilisés pour savoir si, au cours du processus d'induction embryonnaire, des substances passent du tissu inducteur au tissu réactif. Des acides aminés marqués, la méthionine 35 S et la glycine 14 C, et un précurseur d'acide nucléique, l'acide orotique 14 C, ont été utilisés dans certaines expériences. Ces composés sont absorbés dans les tissus de l'embryon.

Ensuite, les parties inductrices - toit de l'archenteron ou parties des rudiments du cerveau - sont excisées de l'embryon contenant des substances radioactives et sont transplantées dans un embryon normal où la greffe peut induire des plaques neurales ou d'autres structures du tissu hôte. L'embryon est ensuite fixé et coupé en sections, et des autoradiographies sont préparées.

On a constaté que les atomes radioactifs ne restent pas limités aux cellules des greffons, mais qu'ils se dispersent assez largement dans l'embryon hôte. Une radioactivité élevée est montrée par les plaques neurales induites, qui peuvent être le résultat du passage de substances inductrices du greffon dans le tissu hôte.

Cependant, les plaques et tubes neuraux de l'hôte sont également fortement radioactifs, et la radioactivité peut également être découverte dans les tissus mésodermiques et endodermiques de l'hôte. Ces résultats sont cohérents avec l'hypothèse selon laquelle les atomes radioactifs sont transportés dans le tissu hôte par simple diffusion.

En outre, on ne peut pas prétendre avec certitude que la substance diffusante était en fait le matériau macromoléculaire qui peut raisonnablement être supposé être l'agent inducteur. Il se pourrait bien que les atomes radioactifs aient été transportés en tant que composants de petites molécules (acides aminés simples, mononucléotides et encore plus petites molécules organiques et inorganiques).

La critique précédente ne s'applique pas à une autre série d'expériences dans lesquelles on a utilisé des méthodes immunologiques pour suivre le passage de substances de l'inducteur dans le tissu réactif. Des anticorps ont été préparés contre le tissu tumoral malin utilisé dans une expérience et contre une préparation de protéine purifiée isolée de la moelle osseuse de cobaye dans une autre expérience.

Les anticorps contenus dans l'antisérum ont ensuite été couplés à un colorant fluorescent, la rhodamine B 200. L'ectoderme de Triturus a été exposé à l'action de l'inducteur (tissu tumoral dans un cas, préparation protéique dans l'autre) pendant quelques heures, puis fixé, et coupé en sections. Les coupes ont ensuite été traitées avec l'antisérum couplé au colorant fluorescent.

En raison de la liaison antigène-anticorps, les molécules d'anticorps avec le colorant attaché se sont localisées dans la section dans des positions qui indiquaient la distribution des molécules d'antigène (les molécules de l'inducteur). Le colorant fluorescent rendait ces emplacements facilement discernables. Une fluorescence distincte a été trouvée dans le tissu réactif, montrant ainsi que des molécules d'antigène y avaient réellement pénétré.

Comme la spécificité de la réaction anticorps-antigène aurait disparu si les molécules d'antigène étaient fortement dégradées, il est évident que les macromolécules des matériaux utilisés comme inducteurs ont pénétré dans les cellules réagissantes sans se décomposer en petits composants.

Comme preuve finale, un "facteur mésodermalisant" marqué radioactivement a été préparé, et il s'est avéré qu'il pénétrait réellement dans les cellules exposées à ce facteur.

Une tentative a été faite pour voir si le «facteur mésodermalisant» purifié se lie à l'ADN. Les résultats n'étaient pas concluants. Il reste donc la possibilité qu'il existe dans les cellules de la gastrula une sorte de molécules de "récepteur" qui interagissent avec la substance inductrice et médient son influence sur le génome des cellules réagissantes.

Certaines preuves du mécanisme d'induction ont été fournies par l'utilisation de poisons métaboliques couplés à des expériences d'induction. Si l'induction est médiée par la diffusion de certaines protéines spécifiques (ou nucléoprotéines) du tissu inducteur au tissu réactif, alors il peut être postulé qu'une protéine spécifique a été fabriquée dans l'inducteur à un certain stade et qu'un ARNm correspondant a été transcrit à partir d'un locus sur l'ADN.

Deuxièmement, si le tissu réagissant acquiert de nouvelles propriétés, cela signifie, selon toute probabilité, que de nouvelles substances ont été produites dans les cellules réagissantes ou que des substances existantes ont été modifiées. Dans les deux cas, on soupçonnerait que de nouvelles protéines sont impliquées, une circonstance qui présuppose à nouveau la transcription d'un nouveau type d'ARNm et la traduction en une nouvelle protéine auparavant absente.

Que le changement soit causé simplement par la présence dans les cellules réagissantes de la substance inductrice, qui y était passée depuis l'inducteur, est hautement improbable, surtout en raison de la possibilité d'une induction neurale par cytolyse sublétale.

Les mécanismes de synthèse des cellules réagissantes sont évidemment impliqués dans la transformation. Par conséquent, la question est : qu'arriverait-il au processus d'induction si la transcription ou la traduction étaient empêchées dans l'inducteur, ou dans le tissu réactif, ou dans les deux ?

Dans certaines expériences, les lèvres blasto-hypophysaires dorsales de jeunes Triturus gastrulae ont été cultivées jusqu'à 20 heures dans un milieu contenant de l'actinomycine D ou de la puromycine, puis l'explant a été confronté à l'ectoderme réactif. Une induction mésodermique ou à la fois des inductions mésodermique et neuronale ont été obtenues.

Ces résultats prouvent que ni la transcription de l'ARNm ni la synthèse de nouvelles protéines ne se produisent dans l'inducteur au moment de son action c'est-à-dire que la substance inductrice est déjà présente au début de la gastrulation (ce qui pourrait être attendu, puisqu'un inducteur tué peut induire) .

Si, par contre, la lèvre dorsale du blastopore était explantée avec l'ectoderme adjacent et cultivée dans un milieu contenant des quantités suffisantes d'actionomycine D pour inhiber complètement la synthèse d'ARN, l'induction ne pourrait avoir lieu. Après deux à sept jours de culture, il s'est avéré qu'alors qu'une certaine différenciation du muscle et de la notocorde se produisait, il n'y avait pas de différenciation du tissu nerveux.

Étant donné qu'aucun nouvel ARNm n'a pu être produit dans ces circonstances, il s'ensuit que l'ARNm de la notocorde et de la différenciation musculaire était déjà présent au moment de l'explantation, au début de la gastrulation. Pour que l'ectoderme commence la différenciation neuronale, cependant, il était nécessaire que les cellules réagissantes produisent un nouvel ARNm par transcription à partir de l'ADN dans les cellules réagissantes. Une telle transcription a été rendue impossible par la présence d'actinomycine D, et le résultat était qu'aucune induction neurale n'a pu être détectée.

Enfin, l'ectoderme de Triturus gastrula, qui a été exposé à un inducteur dans une expérience « sandwich » a été séparé de l'inducteur et traité à l'actinomycine D pendant six heures, après avoir été désagrégé pour permettre une meilleure pénétration du poison dans les cellules.

Chez les témoins, les cellules désagrégées ont fusionné à nouveau et se sont différenciées en tissus neuronaux et mésodermiques, comme on pouvait s'y attendre compte tenu de l'inducteur qui avait été utilisé - les explants traités à l'actinomycine se sont également réagrégés et sont restés viables pendant des jours, mais seulement atypiques une différenciation épidermique a eu lieu.

Cette expérience montre que même si une "substance inductrice" peut avoir pénétré dans les cellules réactives, leur transformation en cellules neurales et mésodermiques différenciées ne peut se produire sans la participation active des noyaux des cellules réagissantes, et en particulier sans qu'un ARN (vraisemblablement ARNm) soit produit comme un maillon crucial dans le processus d'induction.

Embryologie Remarque # 12. Forme générale du corps des vertébrés :

Pendant que les divers organes se forment, la forme de l'embryon dans son ensemble subit des changements profonds.

Au cours de la période d'organogenèse, dans le cas de l'embryon vertébré, les principaux changements sont :

3. Subdivision du corps en tête et tronc.

4. Développement des appendices.

5. Séparation de l'embryon proprement dit des parties extra-embryonnaires.

Certains des processus qui viennent d'être énumérés se produisent également chez les invertébrés en particulier, l'allongement du corps se produit chez les annélides et les arthropodes. La subdivision du corps en sections, telles que la tête, le thorax et l'abdomen, est typique des insectes et, avec des modifications, de certains autres arthropodes.

Le développement des appendices est une caractéristique essentielle du développement des arthropodes. D'autres processus concernant le corps dans son ensemble peuvent se produire chez les invertébrés mais n'ont pas d'équivalent dans le développement des vertébrés. Par exemple, chez les insectes, le corps de l'embryon subit un déplacement particulier de la surface de l'œuf à l'intérieur du jaune, d'où il ressort à un stade ultérieur.

Chez les vertébrés holoblastiques, dont les amphibiens peuvent servir d'exemple, l'embryon conserve une forme sphérique (c'est-à-dire la forme que possède l'œuf non fécondé) jusqu'à la fin de la gastrulation et le début de la neurulation. Au stade de la neurula, l'embryon s'allonge légèrement dans une direction antéropostérieure, mais ce n'est qu'après l'achèvement de la neurulation que l'allongement de l'embryon devient proéminent.

Un rudiment de queue, le bourgeon de queue, apparaît à l'extrémité postérieure du corps et se développe rapidement en un appendice allongé, mais le reste du corps s'étire également, devenant à la fois aplati latéralement et, dans une certaine mesure, plus bas en une direction dorsoventrale.

Bien que la plupart des organes rudimentaires de l'embryon soient impliqués dans cet allongement, il existe des preuves expérimentales que tous ne sont pas également actifs. Si le rudiment notochordal d'un embryon d'amphibien au stade neurule est excisé, l'embryon reste rabougri et ne s'étire pas comme d'habitude.

D'autre part, le rudiment de la notochorde s'étirera et formera une tige allongée même s'il est cultivé in vitro et n'est pas accompagné d'autres parties. Des parties isolées du système neural ou des vésicules cérébrales induites, lorsqu'aucun autre tissu ne les accompagne, ne parviennent pas à s'allonger.

De ces faits, il apparaît que la notocorde change activement de forme, tandis que le système nerveux est tiré en longueur par la notocorde adjacente. Chez les amniotes, l'élongation commence au stade de la strie primitive, de sorte que le corps de l'embryon est déjà long et étroit au moment où les principaux organes axiaux (tube neural, notochorde, mésoderme dorsal donnant naissance aux somites) sont déposés.

Chez les vertébrés terrestres, la subdivision du corps en tête et tronc dépend en grande partie de la réduction de l'appareil branchial. Le système des fentes viscérales et des arcades est pleinement développé dans les embryons de tous les vertébrés.

Chez les poissons et les larves d'amphibiens, les fentes et les arcades viscérales persistent et occupent la zone ventrale et postérieure à la tête. Chez les vertébrés terrestres, l'appareil branchial perd sa fonction respiratoire et se réduit. En conséquence, dans les stades embryonnaires ultérieurs, la zone du corps postérieure à la tête ne se développe pas au même rythme que les autres parties, produisant ainsi une section resserrée entre la tête et le tronc.

La constriction est encore accentuée par :

(a) Un certain étirement longitudinal de la région du cou, à la suite duquel les vertèbres cervicales sont, en règle générale, un peu plus longues que les vertèbres thoraciques (pas vrai chez certains mammifères à cou raccourci, comme l'homme ou les baleines) et

(b) Le retrait du cœur, situé à l'origine dans la région du cou à côté des fentes branchiales, dans le tronc (thorax).


Les cellules souches embryonnaires humaines s'organisent

Olivier Pourquié est au Département de génétique, Harvard Medical School, et au Département de pathologie, Brigham and Women's Hospital, Boston, Massachusetts 02115, USA.

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

En 1924, Hilde Mangold et Hans Spemann ont réalisé ce qui est devenu l'une des expériences les plus célèbres de la biologie du développement. Ils ont greffé diverses parties d'un embryon de salamandre pigmenté sur un embryon hôte non pigmenté et ont montré qu'une région greffée induisait des cellules non pigmentées de l'hôte à former un embryon supplémentaire, résultant en un « double embryon » rappelant les jumeaux siamois 1 (Fig. 1a) . Le duo a nommé la région greffée organisatrice, en raison de son extraordinaire capacité à organiser les cellules hôtes autour d'elle. Mais depuis près de 100 ans depuis cette expérience, des difficultés techniques et éthiques ont empêché les chercheurs de démontrer la présence d'un organisateur dans les embryons humains. Dans un journal en La nature, Martyn et al. 2 utilisent des cellules souches pour contourner ces défis et fournir la première description expérimentale de l'organisateur humain.

Graphique 1 | Démonstration expérimentale de structures organisatrices. une, En 1924, une expérience 1 révéla les propriétés d'une structure embryonnaire appelée l'organisateur. Lorsqu'il est prélevé sur un embryon de salamandre pigmenté et greffé sur un hôte non pigmenté, l'organisateur induit la formation d'un deuxième embryon dérivé de cellules hôtes non pigmentées. b, Martyn et al. 2 ont démontré l'existence de cellules humaines dotées de propriétés similaires, en utilisant des cellules souches embryonnaires humaines (ES). Les auteurs ont traité des disques circulaires de cellules ES avec les protéines du facteur de croissance Wnt et Activin pour produire des cellules de type organisateur (bleu). Lorsque les disques sont greffés sur le tissu extra-embryonnaire autour d'un embryon de poulet, ils induisent le tissu hôte à former un tronçon allongé de tissu neural - le test standard pour les propriétés d'organisateur.

Pour bien comprendre l'importance de l'organisateur, il faut remonter aux premiers stades du développement embryonnaire. Chez les vertébrés, l'œuf fécondé se divise rapidement pour former une boule de cellules mal organisées. À un moment donné du développement, certaines cellules à la surface de cette boule s'intériorisent, formant des tissus appelés endoderme et mésoderme, qui donnent respectivement naissance à l'intestin et aux muscles et au squelette. D'autres cellules restent externes et donnent naissance à la peau et au système nerveux. Ce processus fondamental d'intériorisation est appelé gastrulation.

L'organisateur se trouve immédiatement à côté du site où les cellules s'internalisent pendant la gastrulation. Il donne naissance à des tissus spécifiques situés le long de la ligne médiane de l'embryon, y compris la notocorde - une structure qui contrôle les aspects du développement du système nerveux central et contribue finalement aux disques intervertébraux. Un équivalent de la salamandre organisatrice a été trouvé chez les poissons et les oiseaux et chez les mammifères tels que les rongeurs 3 . Chez les mammifères, la structure qui agit comme un organisateur s'appelle le nœud car elle ressemble à un nœud, et le site d'intériorisation s'appelle la ligne primitive.

Contrairement aux embryons de salamandre, les mammifères se développent dans le ventre de la mère. L'accès et la culture d'embryons de mammifères sont donc difficiles. En effet, ce n'est qu'en 1994 que les greffes d'un nœud de souris dans un embryon hôte ont apporté la preuve expérimentale de l'existence d'une structure ayant des propriétés organisatrices chez les mammifères 4 . Bien qu'aucun deuxième embryon parfait ne se soit formé dans ces expériences, les nœuds greffés ont induit la formation de tissus neuronaux dérivés de l'hôte et parfois d'autres tissus embryonnaires.

Lire l'article : Auto-organisation d'un organisateur humain par signalisation combinée Wnt et Nodal

Les embryons humains ressemblent beaucoup aux embryons de souris et contiennent une structure qui ressemble au nœud de souris 4 . Théoriquement, montrer que cette structure a bien un rôle d'organisateur nécessiterait que les chercheurs accèdent à des embryons à l'âge de trois semaines (lorsque la gastrulation se produit), greffent le nœud sur un embryon hôte, et testent s'il induit la formation d'un système nerveux et structures squelettiques dérivés de l'hôte. Cependant, l'obtention d'embryons humains intacts à ce stade, par exemple à partir d'une interruption de grossesse, est extrêmement problématique. Ainsi, si le nœud représente un organisateur fonctionnel dans les embryons humains n'a pas été prouvé.

Une alternative serait de laisser les embryons obtenus à partir de in vitro la fécondation (FIV) se développe en culture jusqu'au stade de trois semaines, lorsque le nœud doit être présent. Cependant, suite à un consensus éthique inscrit dans la loi dans de nombreux pays, les embryons humains ne peuvent pas être cultivés in vitro au-delà de 14 jours, rendant ces études actuellement impossibles.

Une deuxième alternative implique l'utilisation de cellules souches pluripotentes, qui peuvent donner naissance à toutes les lignées cellulaires de l'organisme. Protocoles à diriger in vitro la différenciation de ces cellules permet de récapituler plusieurs aspects du développement embryonnaire dans une boîte de culture.

Les cellules pluripotentes dérivées d'embryons humains, appelées cellules souches embryonnaires (ES), forment généralement des colonies mal organisées lorsqu'elles sont cultivées en culture. Cependant, le groupe qui a réalisé la présente étude a précédemment incité 5 cellules ES à s'auto-organiser d'une manière qui ressemble au développement embryonnaire précoce. Ils y sont parvenus en cultivant les cellules sur des micromotifs circulaires (disques microimprimés d'un matériau appelé matrice extracellulaire qui est un substrat optimal pour les cellules) en présence de la protéine du facteur de croissance BMP4. Les cultures ont formé l'endoderme et le mésoderme mais n'ont pas produit de stries primitives ou de structures en forme de nœud.

Martyn et al. a poussé cette stratégie un peu plus loin. Ils ont réussi à différencier les cellules ES humaines en un tissu de type nœud en traitant leurs cultures à micromotifs avec une combinaison des facteurs de croissance Wnt et Activin, qui sont cruciaux pour la formation de stries primitives et de nœuds chez les souris et autres vertébrés 6, 7 . Ce traitement a conduit à la formation d'une structure présentant les caractéristiques d'une séquence primitive et à l'induction de cellules produisant des protéines spécifiques de l'organisateur, telles que Goosecoid 8 .

Pour tester si cette structure présente également les caractéristiques fonctionnelles d'un organisateur, les auteurs ont greffé ses cellules sur des embryons de poulet, dans une zone destinée à donner naissance à des tissus extra-embryonnaires favorisant le développement embryonnaire. Remarquablement, les cellules greffées se sont organisées en un tissu de type notocorde et ont induit les cellules hôtes à former un tissu neural allongé (Fig. 1b), démontrant que la structure greffée a les propriétés d'un organisateur.

On pourrait soutenir que ces expériences soulèvent toujours des problèmes éthiques car elles sont réalisées à l'aide de cellules ES humaines dérivées d'un embryon humain à un stade précoce. Cependant, les cellules pluripotentes générées par la reprogrammation de cellules adultes, qui ont des propriétés essentiellement identiques aux cellules ES, pourraient être utilisées comme alternative, atténuant cette préoccupation dans les études futures.

Le système expérimental de Martyn et ses collègues offre une alternative à l'utilisation d'embryons pour étudier le nœud embryonnaire humain. De plus, leurs expériences suggèrent qu'il existe une conservation évolutive frappante de la fonction d'organisateur du poisson à l'homme. La façon dont l'organisateur organise les tissus embryonnaires environnants en un embryon reste mal comprise, du moins pour l'instant. Mais la capacité de produire du tissu organisateur en quantités illimitées in vitro permettra aux chercheurs de disséquer la fonction d'organisateur à un niveau sans précédent.

La nature 558, 35-36 (2018)


Conclusion

Nos résultats mettent en évidence les possibilités expérimentales offertes par la différenciation de l'ESC en première approximation pour comprendre les mécanismes sous-jacents à des événements qui, comme la gastrulation, sont difficiles d'accès dans l'embryon. Après avoir établi les similitudes entre les deux systèmes, il sera important de les exploiter pour voir comment on pourrait reproduire la tendance primitive dans la culture en confinant, par exemple, le mouvement des ESC différenciants et en essayant de créer une directionnalité en imposant des forces spatialement contraintes.


La reprogrammation vers la pluripotence ne nécessite pas de transition vers un état primitif de type strie

La pluripotence peut être induite in vitro à partir de cellules de mammifères somatiques adultes par l'expression forcée de facteurs de transcription définis régulant et initiant le réseau de pluripotence. Malgré les progrès substantiels réalisés au cours de la dernière décennie pour améliorer l'efficacité de la reprogrammation directe, les mécanismes exacts sous-jacents à la conversion à l'état de cellules souches pluripotentes sont encore vaguement compris. Plusieurs études ont suggéré que la pluripotence induite suit le développement embryonnaire inversé. Pour les cellules somatiques d'origine mésodermique et endodermique qui nécessiteraient la transition par un état de type strie Primitive, qui nécessiterait nécessairement un intermédiaire exprimant l'Eomesodermin (Eomes). Nous avons analysé la reprogrammation dans des cellules humaines et murines d'origine mésodermique ainsi qu'ectodermique par des analyses approfondies des gènes marqueurs en combinaison avec des rapporteurs génétiques, une perte conditionnelle de fonction et un étiquetage stable du destin du marqueur primitif large Eomes. Nous démontrons sans ambiguïté que la pluripotence induite ne dépend pas d'un stade transitoire de type strie primitive et ne représente donc pas l'inversion du développement mésendodermique in vivo.

Déclaration de conflit d'intérêts

Les auteurs déclarent qu'ils n'ont pas d'intérêts concurrents.

Les figures

Régulation à la hausse de la séquence primitive et…

Régulation à la hausse des marqueurs primitifs des stries et du mésendoderme lors de la reprogrammation des cellules somatiques humaines…

La protéine EOMES n'est pas détectable…

La protéine EOMES n'est pas détectable pendant plusieurs étapes de la reprogrammation des fibroblastes murins. (…

La protéine Eomes reste absente sur…

La protéine Eomes reste absente lors du traçage de la lignée pendant la reprogrammation du MEF. ( UNE )…

Eomes est indispensable pour la reprogrammation…

Eomes est indispensable pour la reprogrammation des fibroblastes murins. ( UNE ) Illustration schématique…


Notes de bas de page

† Adresse actuelle : Institute of Cancer Research, 123 Old Brompton Road, Londres SW7 3RP, Royaume-Uni.

Des documents électroniques supplémentaires sont disponibles en ligne à l'adresse https://doi.org/10.6084/m9.figshare.c.4829343.

Publié par la Royal Society sous les termes de la Creative Commons Attribution License http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/, qui permet une utilisation sans restriction, à condition que l'auteur original et la source soient crédités.

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Moléculaire

  • Prdm1 et Prdm14 - Les protéines du domaine PR exprimées chez la souris (E6.25), suppriment la différenciation somatique.
  • Sall4 - protéine à doigt de zinc, l'inactivation de ce facteur de transcription chez la souris peut réduire le nombre de PGC. ⎗]

Une étude a récemment identifié 11 gènes qui sont spécifiquement exprimés dans les cellules germinales fœtales mâles et femelles, à la fois in vivo et in vitro, mais ne sont pas exprimés dans les cellules souches embryonnaires. ⎣]


Marqueurs PGC : phosphatase alcaline positive, Oct4 (POU5F1), Fragilis (IFITM1) ⎤], Stella (DPPA3), Dazl et Vasa (DDX4).

  • Facteur d'acier - (KITLG) un ligand du récepteur KIT tyrosine kinase.
  • impasse - codant pour une protéine de liaison à l'ARN principalement exprimée dans les cellules germinales des vertébrés.
  • Dirigeable1 - Protéine de maturation induite par les lymphocytes B-1 (PRDM1)
  • Prmt5 - protéine arginine méthyltransférase-5
  • Nanog - le knockdown induit la mort cellulaire par apoptose dans les cellules germinales primordiales migrantes de souris. ⎥]
  • AIDE - Enzyme cytidine désaminase induite par l'activation nécessaire à la déméthylation (élimination de la méthylation des CpG). Au sein du génome, la méthylation de l'ADN est associée à des mécanismes épigénétiques et se produit au niveau des résidus cytosine suivis par les guanines. ⎦]

Cellules souches

Une étude récente chez le poulet a montré que seuls deux facteurs clés sont nécessaires pour convertir les cellules souches en spermatides haploïdes : ⎧]


INTRODUCTION

Les mammifères sont différents de la plupart des autres animaux en ce que le petit zygote nécessite une prolifération cellulaire substantielle avant que l'élaboration d'un plan corporel de base puisse commencer. Au cours de la croissance de l'embryon précoce, les cellules individuelles doivent conserver la capacité de fabriquer tous les types de cellules adultes, c'est-à-dire la pluripotence. La compréhension des mécanismes qui contrôlent la pluripotence est un objectif important de la recherche sur les cellules souches et a été stimulée par la découverte de conditions permettant aux cultures de cellules souches embryonnaires (CSE) d'être dérivées d'excroissances de la masse cellulaire interne du blastocyste (ICM) (Evans et Kaufman, 1981 Martin , 1981).

In vitro des expériences avec des CES ont montré que les facteurs de transcription Oct4 (Pou5f1 - Mouse Genome Informatics), Sox2 et Nanog constituent des composants essentiels d'un réseau de régulation génique (GRN) qui stimule l'auto-renouvellement des cellules pluripotentes. Le modèle GRN est soutenu par des sites de chevauchement d'occupation de la chromatine pour les protéines Oct4, Sox2 et Nanog, y compris sur les gènes les uns des autres (Boyer et al., 2005 Cole et al., 2008 Loh et al., 2006 Marson et al., 2008) , et des interactions protéine-protéine étendues entre les trois facteurs (Chambers et Tomlinson, 2009 Kim et al., 2008 Liang et al., 2008 Wang et al., 2006). Tcf7l1 (anciennement Tcf3) a été identifié comme un régulateur crucial de la pluripotence GRN dans les CES par des études montrant que Tcf7l1 co-occupe les sites Oct4, Sox2 et Nanog dans la chromatine (Cole et al., 2008 Marson et al., 2008 Tam et al. ., 2008) et que Tcf7l1 régule l'expression des gènes cibles Oct4 et Nanog (Cole et al., 2008 Pereira et al., 2006 Tam et al., 2008 Yi et al., 2008). Récemment, le facteur de transcription Esrrb a été identifié comme une cible directe de la régulation de Tcf7l1 importante pour les effets médiés par Tcf7l1 sur l'auto-renouvellement in vitro (Martello et al., 2012).

Alors qu'Esrrb, Oct4, Sox2 et Nanog stimulent tous l'auto-renouvellement, les expériences génétiques montrent sans équivoque que le Tcf7l1 inhibe l'auto-renouvellement (Guo et al., 2011 Pereira et al., 2006 Salomonis et al., 2010 Wray et al., 2011 Yi et al., 2011 Yi et al., 2008). Fait intéressant, Tcf7l1 est un répresseur transcriptionnel dans la voie Wnt/β-caténine (Wu et al., 2012), et l'activité Wnt est nécessaire pour l'auto-renouvellement du CES de la souris (ten Berge et al., 2011). L'ablation de Tcf7l1 est suffisante pour remplacer une exigence de signalisation Wnt/β-caténine, indiquant que l'expression endogène de Tcf7l1 provoque une dépendance ESC sur Wnt/β-caténine (Wray et al., 2011 Yi et al., 2011). A l'inverse, le traitement Wnt3a sauve l'auto-renouvellement dans les CES inhibées par la surexpression de Tcf7l1 (Yi et al., 2011). Des rôles pour Tcf7l1 dans la différenciation ont été suggérés, mais in vitro les tests de différenciation n'ont révélé que des défauts de spécification de lignée mineurs et variables dans les CSE déficientes en Tcf7l1 (Pereira et al., 2006 Salomonis et al., 2010 Tam et al., 2008). Ainsi, alors que la fonction embryonnaire des facteurs qui stimulent le GRN (c'est-à-dire Oct4, Nanog et Sox2) est clairement nécessaire pour stimuler l'auto-renouvellement des cellules pluripotentes lorsque les embryons précoces se développent (Avilion et al. et al., 1998), une fonction embryonnaire pour un inhibiteur de l'activité GRN, tel que Tcf711, n'a pas été élucidée. En tant que tel, il n'est pas clair pourquoi les cellules pluripotentes expriment des niveaux élevés d'un inhibiteur ostensible de leur auto-renouvellement.

Dans la perspective que l'évolution de la pluripotence GRN chez les mammifères incluait l'activité inhibitrice de Tcf7l1 pour permettre certains aspects de l'embryogenèse précoce, nous avons pensé que l'examen de l'embryogenèse dans Tcf7l1 des embryons mutants élucideraient le rôle de Tcf7l1 dans les cellules pluripotentes. S'appuyant sur des travaux antérieurs montrant que Oct4, Sox2, Nanog et Tcf7l1 sont exprimés pendant la gastrulation (Avilion et al., 2003 Hart et al., 2004 Merrill et al., 2004 Morkel et al., 2003 Yamaguchi et al., 2005 Yeom et al. al., 1996), nous définissons les changements dans leur expression protéique qui se produisent dans les cellules épiblastiques avant et pendant la spécification de la lignée cellulaire. Défauts d'expression génique dans Tcf7l1 -/- les embryons ont coïncidé avec un retard dans la spécification du mésoderme au niveau de la région des stries primitives, démontrant que Tcf7l1 est nécessaire pour coupler la spécification de la lignée avec la morphogenèse des stries primitives. In vitro, les CES nécessitaient que Tcf7l1 se convertisse rapidement en un état dans lequel elles formaient le mésoderme en réponse à la signalisation Wnt/β-caténine. Nous suggérons que l'activité de Tcf7l1 en tant que régulateur négatif de la pluripotence GRN est étroitement liée à sa première fonction embryonnaire, qui permet des réponses appropriées aux signaux de spécification de la lignée.


Dégradés et structuration des tissus

Sophie M. Morgani , Anna-Katerina Hadjantonakis , in Actualités en biologie du développement , 2020

2 Interactions de signalisation pendant la gastrulation

La gastrulation est entraînée par des centres de signalisation embryonnaires et extra-embryonnaires, sources de ligands ou d'inhibiteurs qui exercent un contrôle spatial et temporel sur l'activité de signalisation. On sait peu de choses sur la façon dont les facteurs de signalisation se déplacent dans l'embryon de mammifère, mais des expériences sur d'autres organismes suggèrent que WNT, BMP, Nodal et FGF agissent comme des morphogènes, diffusant à partir de leur source pour établir des gradients de concentration qui dirigent le destin cellulaire.

Au début de la gastrulation, la production localisée de ligands et les interactions complexes des voies de signalisation établissent un hub de signalisation au sein de l'épiblaste postérieur proximal (Fig. 2A). Initialement, le pro-NODAL non clivé, produit par l'épiblaste, induit l'expression de Bmp4 dans l'ExE adjacent ( Ben-Haim et al., 2006 Winnier et al., 1995 ). L'ExE est également une source d'autres ligands BMP, notamment Bmp8b ( Ying et al., 2000 ), 8a, 1 et 7 ( Pijuan-Sala et al., 2019 ), tandis que le VE produit Bmp2 (Ying & Zhao, 2001). De plus, pro-NODAL induit l'expression de ses propres enzymes convertases dans l'ExE ( Ben-Haim et al., 2006 ). Ces enzymes convertissent le pro-NODAL en sa forme NODAL active dans l'épiblaste proximal adjacent, qui augmente ensuite sa propre expression à travers une boucle autorégulatrice (Norris et al., 2002 Saijoh et al., 2000). Wnt3 est exprimée par des cellules VE postérieures recouvrant le site de formation potentielle de PS (Rivera-Perez & Magnuson, 2005). Wnt3 stimule sa propre expression au sein de l'épiblaste ainsi que celle de Nodal ( Ben-Haim et al., 2006 Norris et al., 2002 Tortelote et al., 2013 Yoon et al., 2015 ). La signalisation BMP induit également Wnt3 expression ( Ben-Haim et al., 2006 Miura, Singh, & Mishina, 2010 ). Ensemble, ces interactions améliorent l'activité de signalisation WNT, BMP et Nodal dans l'épiblaste postérieur proximal.

2 . Réseaux de signalisation critiques à la gastrulation. Diagramme schématique résumant les boucles de rétroaction complexes entre les signaux WNT, BMP, Nodal et FGF qui régulent la gastrulation. Les flèches bleues indiquent des interactions positives. Les lignes roses indiquent des interactions négatives. Les lignes pointillées indiquent des interactions suggérées mais encore floues. (A) Au début de la gastrulation, pro-NODAL non clivé, dans l'épiblaste, induit l'expression de Bmp4 et ses propres enzymes convertases dans l'ectoderme extra-embryonnaire (ExE). Les enzymes convertases clivent pro-NODAL en NODAL actif, ce qui induit sa propre expression via une boucle d'autorégulation. Wnt3 est produite par les cellules de l'endoderme viscéral postérieur (pVE) à la frontière embryonnaire-extra-embryonnaire. Wnt3 stimule sa propre expression ainsi que celle de Nodal. La signalisation BMP induit également Wnt3 expression. De plus, la signalisation est confinée à la partie postérieure par des inhibiteurs sécrétés par l'endoderme viscéral antérieur (AVE). CERL1 et LEFTY1 inhibent BMP et Nodal et DKK1 inhibent la signalisation WNT. Les ligands du FGF sont également exprimés dans la région postérieure proximale et dans l'ensemble du PS. Alors que le FGF est essentiel pour la gastrulation, il y a moins d'informations sur ses interactions avec ce réseau de signalisation. Cependant, des expériences génétiques suggèrent qu'il peut être en amont de la signalisation WNT. De plus, bien que l'activité de signalisation du FGF soit limitée à la partie postérieure de l'embryon, il n'est pas clair s'il existe des inhibiteurs exprimés dans la partie antérieure qui interviennent dans cette restriction. Par conséquent, l'épiblaste postérieur proximal présente une activité WNT, BMP, Nodal et FGF élevée. La combinaison de ces signaux stimule les cellules épiblastiques à subir une transition épithéliale-mésenchymateuse (EMT) afin de sortir de l'épiblaste par la ligne primitive (PS). (B) Au fur et à mesure que la gastrulation progresse, l'embryon grandit, le PS s'étend distalement et de nouveaux types de cellules apparaissent. Les cellules du PS expriment les ligands WNT3, WNT3A, FGF4, FGF8 et NODAL. Les cellules qui traversent le PS postérieur (pPS) expriment LEFTY2, un antagoniste NODAL. Par ailleurs, in vitro les données suggèrent que les voies de signalisation Nodal et BMP s'inhibent mutuellement. Ainsi, l'activité NODAL est restreinte postérieurement. Comme BMP4 est exprimé de manière proximale, par l'ExE et le mésoderme extra-embryonnaire (ExM), l'expansion de l'embryon éloigne les cellules distales de la source de BMP. De plus, les cellules au sein du PS antérieur (aPS) sécrètent CHORDIN, NOGGIN et DKK1 limitant la signalisation BMP et WNT de manière distale. Par conséquent, la partie postérieure proximale de l'embryon (pPS) est riche en BMP et faible en activité de signalisation nodale, un environnement qui favorise les destins du mésoderme embryonnaire (Mes) et du mésoderme extra-embryonnaire (ExM). Inversement, l'embryon distal (aPS) est faible en BMP et élevé en activité de signalisation nodale, favorisant les destins définitifs de l'endoderme (DE) et du mésoderme axial (AxM). L'expression des inhibiteurs de WNT dans l'aPS suggère qu'il peut également y avoir un gradient de WNT proximal-distal bien que cela n'ait pas été soigneusement caractérisé. De même, il n'est pas clair s'il existe un gradient d'activité de signalisation FGF à travers le PS. Au cours de ces dernières étapes de gastrulation, les interactions dans le panneau A restent probablement, cependant, nous avons supprimé ces détails de ce panneau pour plus de simplicité. pPS, postérieur PS Pr, proximal Ds, distal A, antérieur P, postérieur.

Des mécanismes sont également en place pour confiner activement les réponses de signalisation WNT, BMP et Nodal à la partie postérieure de l'embryon, à savoir l'expression d'inhibiteurs par l'endoderme viscéral antérieur (AVE), un centre de signalisation recouvrant l'épiblaste antérieur. CER1 et LEFTY1 sécrétées inhibent la signalisation BMP et Nodal tandis que DKK1 inhibe l'activité WNT ( Belo et al., 1997 Meno et al., 1996 Glinka et al., 1998 Kawano & Kypta, 2003 Kemp et al., 2005 ) dans l'épiblaste antérieur. Alors que le FGF est essentiel pour la gastrulation, il est moins clair comment il interagit avec les autres voies de signalisation et comment son expression est limitée à la partie postérieure de l'embryon.

Au cours de la gastrulation, l'embryon change considérablement de taille et de forme. Ces transformations morphologiques étendues modifient la position des cellules et des signaux de telle sorte que le paysage de signalisation de l'embryon évolue continuellement. Au fur et à mesure du développement, le PS s'étend distalement, tout comme le domaine d'expression de Wnt3, Wnt3a ( Kemp et al., 2005 Liu et al., 1999 Takada et al., 1994 ) et Nodal (Norris & Robertson, 1999) ligands (figure 2B). Cependant, Bmp4 s'exprime uniquement au sein de l'ExE. Par conséquent, les cellules traversant le PS à des moments ultérieurs dans la région distale de l'embryon sont les plus éloignées de la source de BMP4 et présentent une activité de signalisation réduite par rapport aux cellules dans la région proximale de l'embryon (Morgani et al., 2018a). De plus, les voies de signalisation BMP et Nodal se croisent, d'où l'extension du PS soulage l'inhibition Nodal par BMP résultant en une signalisation Nodal élevée dans le PS antérieur (Chhabra et al., 2019 Heemskerk et al., 2019 Senft et al., 2019). Les cellules qui ont traversé le PS expriment également des inhibiteurs de signalisation, qui renforcent des environnements de signalisation proximaux et distaux discrets qui favorisent différents destins cellulaires. Les cellules naissantes du mésoderme dans le PS proximal et postérieur expriment Gauche2 ( Meno et al., 1997 Peng et al., 2019 ), un inhibiteur de la voie nodale, tandis que les cellules du PS antérieur expriment l'antagoniste WNT Dkk1 et les antagonistes BMP Chordin et Caboche ( Klingensmith et al., 1999 McMahon et al., 1998 Pijuan-Sala et al., 2019 ). Ainsi, l'activité de signalisation BMP est élevée au niveau proximal et la signalisation nodale est élevée au niveau distal. Ces observations suggèrent également que la signalisation WNT peut être plus élevée dans le PS postérieur par rapport au PS antérieur, bien que cela n'ait pas été clairement démontré. On ne sait pas non plus s'il existe un gradient de signalisation FGF à travers le PS.

Bien que nous sachions quelles cellules expriment les composants de la voie de signalisation, il n'est pas toujours clair quelles cellules répondent à ces signaux. Ceci sera discuté dans les sections suivantes.


Voir la vidéo: MOOC côté cours: Quest-ce quune cellule souche? (Mai 2022).