Biologie Générale - Développement embryonnaire PDF

Biologie générale 5. Communica+on et signalisa+on cellulaire 1  Biologie générale 6. Différencia+on cellulaire et développement embryonnaire 6.1. Introduc,on : les grandes étapes du développement humain 1) Semaine 0 - 3 :...

Biologie générale 5. Communica+on et signalisa+on cellulaire 1  Biologie générale 6. Différencia+on cellulaire et développement embryonnaire 6.1. Introduc,on : les grandes étapes du développement humain 1) Semaine 0 - 3 : période pré-embryonnaire - Féconda8on (rencontre spermatozoïde avec ovocyte) - Segmenta8on : divisions cellulaires 2) Semaine 3 – 8 : période embryonnaire - Blastocyste -> implanté dans l’utérus - Forma8on d’un disque embryonnaire avec deux couches cellulaires - Gastrula8on : disque à trois couches cellulaires - Disque poursuit son développement (sur dos du disque : système nerveux central) - Organogenèse 3) Semaine 8 – 9ème mois : période fœtale - Tous les organes sont en place - Phase de croissance 2  6.1.1. De l’ovula8on à l’implanta8on Myomètre : par8e musculaire de l’utérus Endomètre : 8ssus spécialisés pour recueillir l’embryon Trompes de Fallope connectées à l’ovaire car expulsion de l’ovocyte Étapes : 1) Ovula8on (matura8on de l’ovule dans l’ovaire, fabrica8on ovocyte) 2) Féconda8on : 12-24h 3) Zygote (1ère mitose) : 30h 4) Segmenta8on (développement de la cellule) 5) Blastocyste : 4 jours (dans cavité utérine) 6) Implanta8on : 6-7 jours (sur endomètre) 6.2. Ovogenèse et ovula,on 6.2.1. Avant l’ovula8on : l’ovogenèse 3 6.3. Féconda,on, segmenta,on et implanta,on 6.3.1. Matura8on de follicules dans l’ovaire (après puberté) 1) À la naissance : ovaires ont follicules primordiaux entourés de cellules spécialisées renfermant chacun une ovocyte 1er 2) À la puberté : des cycles de matura8ons vont se mebre en route en prenant une dizaine de follicules primordiaux et les faire évoluer vers les follicules secondaire puis ter8aire 3) À chaque cycle : un follicule arrive en phase terminal, follicule de Graaf, dans lequel l’ovocyte poursuit la méiose jusqu’en métaphase 2 (ovocyte 2aire), il va gonfler, se remplir de liquide 4) Ovocyte ovulé expulsé dans la trompe (ovula8on) 5) Par8e restante du follicule éclaté devient le corps jaune qui se main8endra en vie seulement si il y a féconda8on - Follicule primordiale : Ovocyte primaire Entouré de cellules apla8es (cellules folliculaires) -> autour de l’ovocyte 4  - Follicule primaire : Ovocyte primaire Entouré de cellules folliculaire devenues cuboïdales - Follicule secondaire : Ovocyte primaire (prend + de volume) Cellules folliculaires qui forment plusieurs couches -> granulosa - Follicule ter8aire : Ovocyte primaire Granulosa + appari8on d’une cavité creuse - Follicule de Graaf : Ovocyte qui se détache de la granulosa + méiose (arrêté en métaphase 2) -> flobe dans liquide avec reste de cellules folliculaires autour de lui -> ovocyte secondaire + 1er globule polaire (expulsé dans trompe tlmt gonflé) Cavité qui se rempli de liquide Prophase 1 (diplotène)-> fin méiose 1 (1 globule polaire )-> métaphase 2 5 6.3.2. Ovocyte après ovula8on - Globule polaire reste près ovocyte - Zone pellucide de glycoprotéines : coque rigide autour de ovocyte secondaire qui l’engobe avec globule polaire - Corona radiata : cellules folliculaires spécialisées (celles qui sont restées collées) 6.3.3. Contrôle hormonal de l’ovula8on (cycle menstruel) - Un cycle menstruel = 28 jours - Phase folliculaire : FSH -> s8mule la matura8on de follicules - Ovula8on : Pic de LH -> induit l’ovula8on : rupture du follicule de Graaf, libéra8on de l’ovocyte dans la trompe de Fallope - Phase lutéale : follicule éclaté -> devient corps jaune qui secrète œstradiol et progestérone 6  6.3.4. L’ovula8on sous contrôle hormonal à hypothalamus (base du cerveau): produc8on d’une hormone gonadolibérine GnRH qui va s8muler les cellules de l’hypophyse (en dessous de l’hypothalamus) pour qu’elle produise du FSH et LH à après ovula8on : produc8on œstradiol et progestérone (produits par corps jaune) -> inhibe la produc8on de FSH et LH puis fin de matura8on : corps jaune dégénère Si féconda8on : le corps jaune est maintenu grâce à la produc8on de gonadotrophine chorionique hCG par l’embryon à inhibi8on permanente de FSH et LH -> absence de matura8on folliculaire et d’ovula8on 6.3.5. Contracep8on hormonale Principe : prise d’analogues de la progestérone et de l’œstradiol pour inhiber la synthèse de LH et FSH (Fait comme si enceinte) 7  6.3.6. La spermatogenèse Commence à a puberté dans les tubes séminifères (denses) dans les tes8cules 1) Spermatogonie - Cellules diploïdes (chromosomes à une chroma8de) - Se renouvèlent et divisent 2) Spermatocyte primaire - Cellules diploïdes (chromosomes à deux chroma8des) 3) Spermatocyte secondaire - Après méiose I - Cellules haploïdes (chromosome à deux chroma8des) 4) Sperma8de - Après méiose 2 - Cellules haploïdes (un chromosome à une chroma8de) 5) Spermatozoïdes - Stockés et maturés dans l’épididyme avant d’être envoyé dans le canal déférent lors de l’éjacula8on 8  6.3.7. Le spermatozoïde Tête : - Noyau compacté à l’extrême en remplacent les histones par des protamines - Acrosome : vésicule apla8e qui résulte de la fusion de ce qui cons8tuait l’appareil de Golgi -> con8ent enzymes hydroly8ques qui va tout détruire devant elle et permebre la pénétra8on dans l’ovocyte Pièce intermédiaire : - Mitochondries qui apportent l’énergie (ATP) pour les mouvements du flagelle Flagelle (queue) : - Paire de microtubules et protéines motrices (dynéines) -> une marche dans un sens et l’autre dans l’autre sens et ça fait plier le flagelle 6.3.8. La féconda8on : rencontre des gamètes 300 millions de spermatozoïdes sont éjaculés dans le vagin et essaye de trouver l’ovocyte prêt à être fécondé 9 à seulement une centaine y arrive (certains s’arrêtent pour se reposer puis repartent plus tard pour garder leur force et rester fécondable plus longtemps) à ovocyte fécondable 24h à spermatozoïde fécondable 72h - Ampoule de la trompe : endroit où a lieu la féconda8on 6.3.9. La féconda8on : pénétra8on du spermatozoïde 1) Traversée de la corona radiata pour abeindre la zone pellucide 2) Rompt membrane externe de l’acrosome (réac8on acrosomique) pour que contenu se déverse sur zone pellucide et la dégrader 3) Passage à travers la zone pellucide 4) Fusion avec la membrane 5) Pénétra8on dans le cytoplasme de l’ovocyte -> déclenche réac8ons biochimiques 6) Exocytose de granules cor8caux (effet de fusion) : zone pellucide plus épaisse et solide et protéines qui augmentent l’espace périvitellin pour empêcher les autres de rentrer (dégénéra8on de corona radiata) 6.3.10. Achèvement de la méiose et 1ère mitose 10 La féconda8on donne un signal pour que a méiose 2 se termine Une fois finie -> ovocyte devient ovule fécondée - Le spermatozoïde à lâché son noyau dedans qui va se décondensé et s’entourer d’une enveloppe nucléaire ð Deux noyaux (deux pronucléus) - Les pronucléus se rapprochent puis première division mito8que (après 3h) : ils vont se défaire et l’ADN va se répliquer puis ils vont se condenser et se mebre sur le fuseau mito8que et c’est à ce moment-là qu’ils se mélangent 6.3.11. Ovogonie-ovocyte-ovule 11  6.3.12. La phase de segmenta8on Segmenta8on : division des cellules sans augmenta8on de la taille globale de l’embryon (la taille des cellules est divisée à chaque fois, elles s’apla8ssent et deviennent de plus en plus étanches -> régula8on des échanges) J0 : féconda8on -> zygote J1 : stade deux cellules J2 : stade 4 cellules J3 : morula précoce (on ne dis8ngue plus les cellules car elles sont fort collées) J4 : morula tardive J6 : blastocyste - Va dans cavité utérine et se prépare à l’implanta8on - Blastocèle : cavité qui se forme dedans remplie de liquide - Trophoblaste : couche de cellules à l’extérieur du blastocyste - Masse cellulaire interne : par8e interne où les cellules con8nuent de se diviser 12  6.3.13. Implanta8on du blastocyste dans l’utérus Myomètre : couche externe musculaire pour expulsion du bébé à la naissance Endomètre : 8ssu qui récep8onne l’embryon et qui le nourrit au cours de son développement - Avant l’implanta8on : blastocyste élimine la zone pellucide (éclosion) et se propage dans le liquide du blastocèle -> entouré que du trophoblaste -> prêt à entamer le processus d’implanta8on dans l’endomètre 13 Endomètre : épithélium à la surface et stroma à l’intérieur 1) Jour 7 - Éclosion (plus de zone pellucide) - Apposi8on du blastocyste sur la surface de l’endomètre dans l’utérus 2) Jour 8 - Proliféra8on des cellules du trophoblaste qui se différencient en : cytotrophoblastes : proliféra8ves syncy8otrophoblaste : fusion membranaire => syncy8um (masse de cytoplasme sans délimita8on des cellules avec noyaux) o pénètre dans le 8ssus endométrial (à la capacité de tuer des cellules en envoyant des signaux d’apoptose autour d’elle qui lui permet de s’enfoncer dans l’endomètre) 3) Jour 9 - Le syncy8otrophoblaste poursuit l’envahissement - Cellules de la masse cellulaire interne se différencient en deux feuillets dis8ncts : Épiblaste Hypoblaste - Cavité amnio8que qui se creuse dans l’épiblaste 14  4) Jour 10-11 - L’embryon est complètement enfoui dans le 8ssu endométrial - Appari8on d’une nouvelle couche cellulaire : mésoderme extra-embryonnaire - Des cellules de l’hypoblaste tapissent le blastocèle qui deviendra la vésicule vitelline - Capillaires utérins (érodés par le syncy8otrophoblaste) déversent le sang maternel dans les lacunes trophoblas8ques - Disque embryonnaire prend forme : didermique (épiblaste + hypoblaste) dessin 3D : disque embryonnaire didermique 6.3.14. hCG et reconnaissance maternelle de grossesse - hCG -> produit par le syncy8otrophoblaste dans l’embryon -> passe dans sang maternel main8en du corps jaune (dans l’ovaire) main8en de la produc8on de progestérone ð absence de règles endomètre s’épaissit (pendant la phase proliféra8ve sous l’effet des œstrogènes) à si pas hCG -> plus de progestérone -> endomètre se dégrade et règles à si hCG -> endomètre se main8en hCG -> base du test de grossesse : l’hormone devient détectable dans l’urine maternel 12 jours après féconda8on principe : 1) Dépot d’urine 2) Migra8on des an8corps mobiles an8-hCG : des an8corps spécifiques de l’hCG sont couplés à une enzyme ou un marqueur coloré, et migrent avec l’urine le long de la bandelebe 15  3) Si hCG dans urine : capturé par an8corps fixés sur la ligne test, ces an8corps se lient à l’hCG, l’enzyme abachée au premier an8corps ac8ve un substrat chimique qui colore la ligne ce qui montre un résultat posi8f 4) Fixa8on à la ligne contrôle : les an8corps non-liés, en excès con8nuent de migrer et sont capturés par des an8corps fixé à la ligne de contrôle ce qui montre que le test a fonc8onné (qu’il soit posi8f ou néga8f) 6.4. Mécanismes de la différencia,on cellulaire 6.4.1. Différencia8on cellulaire dans l’embryon Le développement de l’embryon implique : - Des divisions cellulaires (produc8on de milliards de cellules à par8r du zygote ini8al) - Un programme de différencia8on cellulaire (pour générer les différents types cellulaires de l’organisme) 6.4.2. To8potence et pluripotence - Zygote et blastomères -> to8potents pendant la segmenta8on Peuvent générer toutes les cellules de l’embryon (y compris celles du placenta) - Dans blastocyste -> une étape de différencia8on : Les cellules trophoblastes contribuent au placenta (cytotrophoblaste et syncy8otrophoblaste) 16  Les cellules de masse cellulaire interne -> produisent embryon -> pluripotentes (peuvent générer tous les types cellulaires de l’embryon mais pas placenta) 6.4.3. To8potence des blastomères et diagnos8c pré-implantatoire à permet le diagnos8c préimplantatoire Injec8on d’une hormone pour s8muler la matura8on des follicules pour avoir plusieurs follicules de Graaf pour récolter plusieurs embryons Prélèvement d’ovule et spermatozoïde -> féconda8on in vitro -> proliféra8on du zygote jusqu’au stade blastomère Prélèvement d’une cellule souche capable de faire tout un organisme en faisant un trou dans la zone pellucide et aspirer avec pipebe Analyse de la cellule (test PCR) puis implanta8on dans l’utérus si embryon sain 6.4.4. Pluripotence de la masse cellulaire interne et jumeaux monozygotes - Vrais jumeaux : démonstra8on de la pluripotence des cellules de la masse cellulaire interne Dérivent du clivage accidentel de la masse cellulaire interne - Les deux groupes cellulaires formés -> capables de former des fœtus complets - Les jumeaux qui en résultent -> géné8quement iden8ques -> jumeaux monozygotes 17  6.4.5. Les cellules souches embryonnaires - Cellules de la masse interne en culture -> cellules souches embryonnaires (Esc) - Conservent leur pluripotente mais en manipulant la composi8on du milieu de culture -> induire une différencia8on vers des types cellulaires spécifiques - U8lisa8on pour protocoles de transplanta8on (restaura8on de 8ssus déficients) à Danger : système hétérologue, risque de rejet 6.4.6. Thérapie de remplacement : trauma8sme de la moelle épinière à Essai clinique « OPC1 » en cours (Californie, USA) - Différencia8on de cellules ES en progéniteurs d’oligodendrocytes (cellules formant la gaine qui entoure les fibres nerveuses) - Injec8on des cellules dans la moelle épinière de pa8ents abeints d’une grave lésion Exemple : Lucas Lindner tétraplégique qui à la suite d’une greffe oligodendrocyte a pu retrouver l’u8lisa8on de ses bras 18  6.4.7. Mécanisme de la différencia8on cellulaire - Chaque type cellulaire est caractérisé par un programme d’expression génique spécifique (= ensemble spécifique de gènes qui sont exprimés) - Chaque type cellulaire possède un ensemble de gènes ac8fs et non-ac8fs (en fonc8on de la fonc8on de la cellule) Différencia8on cellulaire basé sur la mise en place de chaque type de cellule par un 6.4.8. Induc8on de la différencia8on cellulaire - Dans embryon -> cellules inductrices secrètent des morphogènes (protéines ou lipides à ac8on paracrine) - Morphogènes -> agissent via liaison à des récepteurs sur les cellules répondeuses et y induisent l’ac8va8on de facteurs de transcrip8on - Modifient le programme d’expression génique des cellules répondeuses, ce qui mène à leur différencia8on 19  6.4.9. Gradient de morphogènes - Au cours du développement embryonnaire -> gradient de morphogènes se mebent en place - Chaque posi8on dans l’embryon = combinaison et concentra8on par8culière de morphogènes 37 - Gradients Les gradient de morphogènes de morphogènes spécifient le devenir de chaque cellule en fonc8on de sa posi8on dans l’embryon Au cours du développement embryonnaire, des gradients de morphogènes se mettent en Exemple : place. Deux morphogènes fabriqués Chaque position dans par des cellules l’embryon inductrices correspond donc à une agissent à courte combinaison et une distance concentration particulière de morphogènes. (paracrine), la concentra8on dépend de la distance avec les facteurs induc8ons De cette manière, les gradients de morphogènes spécifient le devenir de chaque cellule, en fonction de sa position dans l’embryon. Exemple : dans embryon de drosophile 38 Gradients de morphogènes - Le morphogènes Bicoid (Bdc) est produit sous la forme d’un gradient (antérieur > extérieur) Exemple dans l’embryon de drosophile: - Le morphogène Bicoid (Bcd) est produit sous la forme d’un gradient (antérieur>postérieur). Ce gradient influence l’expression du gènes Bubonhead (Btd) qui n’est exprimé que Ce gradient influence l’expression du gène Buttonhead (Btd), qui n’est exprimé que dans dans une bande de cellules où la concentra8on en Bicoid est moyenne une bande de cellules où la concentration en Bicoid est moyenne. ð Si trop de morphogènes -> pas d’expression du gène Hannon et al, 2017 20  39 Un réseau complexe de morphogènes Un réseau complexe de morphogènes : 6.4.10. Différencia8on : un engagement défini8f - Les cellules subissent des changements progressifs (stades de déterminaison) avant d’abeindre leurs étapes de différencia8on finale - Chaque étape est un engagement défini8f, impossible de revenir en arrière - Irréversibilité lié à des modifica8ons de la chroma8ne qui verrouillent l’état40ac8f ou inac8f des gènes Différenciation: (mémoire nucléaire) un engagement définitif - La mémoire nucléaire, programme d’expression génique est verrouillé et figé, cela entraine Lesdes modifica8ons cellules chimiquesprogressifs subissent des changements (les groupements méthyl vont (stades de détermination) s’insérer sur avant l’ADN) d’atteindre leur étape de différenciation finale. Chaque étape est un engagement définitif, il est impossible de revenir en arrière. Cette irréversibilité est en grande partie lié à des modifications de la chromatine qui verrouillent l’état actif ou inactif des gènes (mémoire nucléaire) Illustration de l’engagement définitif lors de la différenciation cellulaire: la bille (cellule) peut, en descendant, emprunter différentes voies, mais ne peut revenir en arrière 6.4.11. Reprogramma8on ar8ficielle et clonage - Le noyau d’une cellule adulte (donneur) peut être reprogrammé si on l’introduit dans le cytoplasme d’un ovocyte = transfert nucléaire - Si un embryon se développe, il serra géné8quement iden8que au donneur du noyau - L’embryon peut être implanté dans l’utérus d’une porteuse (interdit chez l’homme) - Ou on peut u8liser l’embryon pour établir une culture de cellules souches pluripotentes, dans une perspec8ve de thérapie de remplacement chez le donneur (autologue) 21  41 Reprogrammation artificielle et clonage Ovocyte Cellule adulte (somatique) Le noyau d’une cellule adulte (donneur) peut être reprogrammé si on l’introduit dans Transfert le cytoplasme d’un ovocyte = transfert nucléaire nucléaire 41 Reprogrammation artificielle et clonage Si un embryon se développe, il sera génétiquement identique au donneur du Enucléation noyau. Ovocyte Cellule adulte (somatique) Le noyau d’une cellule adulte (donneur) Blastocyste L’embryon peut peut être être implanté reprogrammé dans si on l’utérusdans l’introduit Transfert d’un le porteuse (clonage cytoplasme animal).=Interdit d’un ovocyte transfert nucléaire cheznucléaire l’homme. Ou on Si peut utiliser l’embryon un embryon pouril établir se développe, sera génétiquement une culture identique de cellules au donneur du souches Enucléation noyau. dans une perspective de pluripotentes, Transfert et Cellules souches développement pluripotentes thérapie de remplacement chez le donneur embryonnaire Blastocyste L’embryon peut être implanté dans l’utérus Thérapies de (autologue). Clonage remplacement d’un porteuse (clonage animal). Interdit chez l’homme. 6.4.12. Ou on peut utiliserPremier l’embryon succès de transfert nucléaire humain pour établir une culture de cellules souches pluripotentes, dans une perspective de Transfert et Cellules souches développement pluripotentes 42 thérapie de remplacement chez le donneur Premier succès de transfert nucléaire humain - Première produc8on d’embryons (autologue). embryonnaire Thérapies de humains par transfert nucléaire (2008) par Samuel Clonage remplacement H. Wood - Samuel H. Wood, U8lise ses propres cellules de peau comme donneuses de noyau Stemagen Inc., San Diego, USA Fibroblastes de - 5 blastocystes sont obtenus et détruits aprèspeau 6 jours adulte (donneur) 42 Premier (Cellulessuccès souchesde transfert par pluripotentes nucléaire humain expérience en 2013 et 2014) Première production d’embryons humains Micro-injection par transfert nucléaire Samuel(2008) H. Wood, d’un noyau de fibroblaste dans Stemagen Inc., Utilise ses propres cellules de Sancomme peau Diego, USA unFibroblastes ovocyte de peau adulte donneuses de noyau. (donneur) Cinq blastocystes sont obtenus, et détruits après 6 jours. Développement d’une morula Première production d’embryons humains Micro-injection (jour 3) par transfert nucléaire (2008) d’un noyau de En 2013 et 2014, deux autres équipes fibroblaste dans Utilise répètent ses propresetcellules l’expérience de peau produisent des comme un ovocyte donneuses cellules souchesde noyau. pluripotentes. Stade Cinq blastocystes sont obtenus, et détruits blastocyste après 6 jours. Développement (jour 5) morula d’une (jour 3) En 2013 et 2014, deux autres équipes répètent l’expérience et produisent des cellules souches pluripotentes. Stade blastocyste (jour 5) 6.4.13. Cellules souches chez l’adulte - Chez adulte : cellules souches non différenciées persistent - Ne peuvent se différencier que quand une variété limitée de types cellulaires (mul8potentes) 22  VI Partie Chez l’adulte, des cellules souches non-différenciées persistent. Différenciation cellulaire et Plusieurs types de ces “cellules souches adultes“ ont été identifiés. Elles ne peuvent se différencier que dans une variété limitée de types cellulaires: elles développement embryonnaire sont dites multipotentes (et non pluripotentes). - Capacité Capacitéde dese serenouveler renouveler par pardivisions divisons (main8en (maintien du stock) du stock) ou de ou de se différencier se différencier. - Remplacent Remplacentles les cellules tropvieilles cellules trop viellesouou détruites détruites (homéostasie (homéostasie 8ssulaire) tissulaire). 1 – Introduction: les grandes étapes du développement humain 2 – Ovogenèse et ovulation 3 – Fécondation, segmentation et implantation 4 – Mécanismes de la différenciation cellulaire 5 – Embryon: gastrulation, somitogenèse, neurulation, soulèvement 6 – Principes de l’organogenèse 7 –souches Cellules Fœtus et placenta-> capacité de se répliquer, se renouveler et se différencier neuronales en neurones (astrocyte, oligodendrocyte) 8 – Tératogenèse La progéria : pathologie qui conduit à un vieillissement accéléré (dû au défaut de capacité de proliféra8on des cellules souches ) 6.5. Embryon : gastrula,on, somitogenèse, neurula,on, soulèvement 45 6.5.1.VI.5 Développement de l’embryon : lesde Développement cavités l’embryon: les cavités Jour 12-13 : - Nouvelle Au jours 12-13, une nouvelle cavité se forme autour de l’embryon au sein du mésoderme cavité autour de l’embryon au sein du mésoderme extra-embryonnaire qui extra-embryonnaire: elle formera la cavité chorionique. lui a pris de l’ampleur à cavité chorionique L’embryon restera - L’embryon resteratout toutdede même mêmeconnecté via le connecté viapédicule de fixation le pellicule aux structures de fixa8on aux structures formées par le cytotrophoblaste et le syncytiotrophoblaste (futur placenta). formées par le cytotrophoblaste et le syncy8otrophoblaste Jour 12-13 Syncytiotrophoblaste Cytotrophoblaste Pédicule de fixation Cavité amniotique ] Disque embryonnaire Cavité chorionique Lacune trophoblastique Vésicule vitelline Mésoderme extra-embryonnaire ] Chorion 23  6.5.2. Évolu8on des cavités Trois cavités : Cavité amnio8que Vésicule vitelline Cavité chorionique - La cavité chorionique prend de plus en plus de place dès la 2ème semaine - La cavité amnio8que grandira pour remplir en8èrement la cavité chorionique et tombe de plus en plus sur l’embryon - Embryon toujours abaché via le pellicule de fixa8on - 4ème semaine : vésicule vitelline subit un resserrement au niveau ventral de l’embryon (conduit vitellin) -> contribue au cordon ombilical Semaine 10 : - Embryon devenu un fœtus et baigne dans cavité amnio8que 6.5.3. La gastrula8on => jour 16 = à par8r d’un disque embryonnaire didermique on abou8t a un embryon tridermique (3 couches) -> 2 couches : épiblaste et hypoblaste 1) Une gouzère s’allonge dans l’épiblaste au centre -> ligne primi8ve 2) Cellules de l’épiblaste plonge à travers la ligne primi8ve pour former un 3ème feuillet cellulaire -> mésoderme (intra-embryonnaire) 3) D’autres cellules de l’épiblaste se prolifèrent et colonisent l’hypoblaste pour faire l’endoderme 4) Tout ce qui reste la couche extérieur -> ectoderme 24  6.5.4. Défini8on des axes corporels - La ligne primi8ve s’allonge de la par8e caudale vers la par8r crâniale -> détermine l’axe de l’embryon - Couche ectodermique -> coté dorsal à repliement qui va ramener les extrémités gauche et droite du disque embryonnaire vers la région ventrale pour faire un tube 6.5.5. Disque embryonnaire au terme de la gastrula8on Mésoderme : se répar8t de chaque côté de l’axe central en trois zones (J 18) : - Mésoderme paraxial (autour de l’axe central) - Mésoderme intermédiaire - Mésoderme de la lame latérale Processus notocordal : cellules de l’épiblaste qui forment un tube plus moins rigide au centre de l’embryon (centre de fabrica8on des morphogènes qui indiquent que le centre de l’embryon est là) -> disparait avant la naissance Ectoderme : se différencie sur l‘axe central en neuro-ectoderme, dans lequel se forme un sillon -> gouzère neurale à le reste de l’ectoderme (par8es latérales) devient l’ectoderme de surface Endoderme : forme une couche cellulaire à la base du disque embryonnaire qui formera le tube diges8f 25  6.5.6. Mésoderme paraxial : forma8on des somites => 20ème jour 20ème jour : mésoderme paraxial se segmente progressivement (direc8on crânial -> caudal) à processus de somitogenèse à forma8on de somites de part et d’autre de l’axe central à donnent naissance à la disposi8on métamérique des certaines structures anatomiques qui se mebent dans un ordre successif (vertèbres, côtes, muscles abdominaux,...) Chez homme : 37 paires de somites générées 6.5.7. Mésoderme et processus notochordal 26  6.5.8. La neurula8on => 18ème jour Appari8on d’une plaque neurale sur l’ectoderme du disque embryonnaire - Différencia8on des cellules de l’ectoderme en neuroectoderme = épaississement des cellules (=neuroectoderme) induit par l’extrémité crâniale de la ligne primi8ve qui produit des morphogènes à nœud primi8f - Embryon s’allonge - Nœud primi8f induit la forma8on de la plaque neurale sur presque toute la longueur - Un sillon se creuse dans la par8e centrale à gouzère neurale - Le reste de l’ectoderme pas différencier devient l’ectoderme de surface 6.5.9. Forma8on du tube neural => 4ème semaine - Des plis neuraux se forment à la fron8ère entre la plaque neurale et l’ectoderme de surface - Les plis neuraux se rejoignent et se soudent à forma8on du tube neural - Des cellules se détachent des plis neuraux et vont faire un processus de migra8on à cellules de la crête neural - Ectoderme de surface se referme au-dessus du tube neural - Ectoderme de surface se différencie en épiderme (couche externe de la peau) 6.5.10. Fermeture du tube neural - Commence le 22ème jour dans la par8e médiane de l’embryon - Fermeture évolue dans les deux sens (crânial et caudal) en laissant transitoirement des ouvertures des deux côtés à neuropores - Les ouvertures se ferment : 24-25ème jour à neuropore crânial 26ème jour à neuropore caudal 27  6.5.11. Ectoderme de surface et neuroectoderme 6.5.12. Défaut de fermeture du tube neural - À l’origine de malforma8ons Anencéphalie : - 1/5000 naissances - Défaut de fermeture du neuropore crânial - Absence totale ou par8elle du cerveau et du crâne - Décès à la naissance ou après quelques jours Spina bifida : - 1/2000 naissances - Absence de fermeture de la por8on médiane du neurotube - Défaut d’une ou plusieurs vertèbres et protrusions plus ou moins importante de la moelle épinière (ouverte ou fermée) - Paralysie de gravité variable, troubles sensi8fs, incon8nence,... 28 6.5.13. Le soulèvement de l’embryon : latéral (J22-27) - Extrémités latérales (gauche-droite) du disque embryonnaire se replient vers le bas pour se rejoindre sur ce qui devient l’axe ventral -> provoque le resserrement de la vésicule vitelline à conduit vitellin - Mésoderme de la lame latérale se sépare en deux lames : Somatopleure Splanchnopleure - Ectoderme de surface se rejoint et se soude sur l’axe ventral - Feuillet endodermique se rejoint ventralement et forme un tube (tube diges8f) 29 6.5.14. Le soulèvement de l’embryon : crânio-caudal - Repliement de l’embryon sur l’axe crânio-caudal -> cavité amnio8que s’agrandit vers le centre et rétrécissement du conduit vitellin Côté crânial : - Ectoderme de surface recouvre le tube neural et ils suivent le mouvement (cranial vers central) ce qui donne progressivement forme à la face et repousse l’ébauche cardiaque dans la région thoracique - Région thoracique -> séparée de la région abdominale par une membrane mésodermique à septum transversum (futur diaphragme) Côté caudal : - Pédicule de connexion est repoussé contre le conduit vitellin - Extension de l’endoderme qui s’enfonce dans le pédicule de connexion à allantoïde (disparait et contribue à la vessie) 30 semaine 10 : - cavité amnio8que entoure complètement l’embryon qui va prendre forme - conduit vitellin et pédicule de connexion s’allongent et vont être recouverts par l’amnios à le tout fait le cordon ombilical Après la semaine 4 : - embryon prend forme qui laisse présager l’apparence de l’individu - 5 mm 6.6. Principes de l’organogenèse 6.6.1. Principes de l’organogenèse Organogenèse : forma8on des différentes structures anatomiques à par8r de 3 feuillets cellulaires : - Ectoderme - Mésoderme - Endoderme Débute après la gastrula8on et se poursuit jusqu’à la naissance (parfois + tard : poumons, cœur, cerveau, organes génitaux,...) Implique des étapes de différencia8on, mouvement, mort (apoptose) cellulaire Contrôlée par des gradients de morphogènes 6.6.2. Organogenèse : les poumons - Diver8cule respiratoire ini8al apparait sur tube endodermique dans la région thoracique - Entame processus de branchement -> succession de ramifica8ons qui génère un réseau de bronches et bronchioles à par8r d’un bourgeon (formé à par8r du diver8cule) qui subit une sépara8on en deux jusqu’à arbre bronchique dans poumons 31  - Une couche de mésoderme (dérivée de la splanchnopleure) entoure le diver8cule respiratoire et évolue avec celui-ci durant les étapes de bourgeonnement 28ème semaine : Alvéoles primi8ves formées de cellules de l’endoderme sur les bronchioles terminales 36ème semaine : réseau capillaires sanguins au sein du mésoderme (seule couche avec capillaires sanguins) se densifie et des alvéoles matures se forment en contact avec -> échanges gazeux deviennent possible ð Alvéoles se développent jusqu’à deux ans ð Difficultés respiratoires chez les bébés prématurés (nés avant 37 semaines) 6.6.3. Mécanisme de ramifica8on des bronches 1) Gradient de FGF généré par les cellules mésodermiques -> s8mule la proliféra8on du bourgeon bronchique qui va s’allonger et va dans le mésoderme 2) Il abeint une zone de plus forte concentra8on en FGF, l’extrémité du bourgeon produit deux autres facteurs : SHH à inhibe localement la produc8on de FGF par les cellules mésodermiques BMP à inhibe la proliféra8on cellulaire à l’extrémité du bourgeon (ac8ons paracrines) 32 3) Sous l’influence du FGF encore produit de part et d’autre du bourgeon à 2 nouveaux fronts de proliféra8on se développent 6.6.4. Organogenèse : membres supérieurs - Membres supérieurs à développent entre 4 et 8ème semaine (membres inférieurs un peu plus tard) - Bourgeon apparaissent sur paroi latérale du corps - Bourgeon s’allongent à palebe de la main aux extrémités et repliement au niveau du futur coude délimite les zones qui deviendront avant-bras et épaule - Dans palebe à sillons se creusent (zone de mort cellulaire programmée = apoptose) et laisse apparaitre les rayons digitaux (futurs doigts) 6.6.5. Développement des membres : rôle du FGF8 - Développement des bourgeons = proliféra8on des cellules mésodermiques sous- adjacentes (dérivées du mésoderme de la lame latérale -> somatopleure) - Proliféra8on due à la présence du facteur FGF8 -> produit localement par un groupe de cellules ectodermiques avant le bourgeon 33 6.6.6. Évolu8on du bourgeon des membres - Cellules ectodermiques qui produisent FGF8 à rassemblées à l’extrémité du bourgeon sur la crête ectodermique apicale - En dessous à zone de progression (composée des cellules mésodermiques qui prolifèrent ac8vement et restent dans un état non différencié -> sous influence de CEA) - Vers la base du bourgeon (par8e proximale) à cellules mésodermiques qui ne sont plus sous l’influence de la CEA et commencent à se différencier en car8lage 6.6.7. Régionalisa8on du membre (proximo-distal) - Pendant l’allongement du membre -> zones dis8nctes se différencient sur l’axe proximo-distal - Processus de régionalisa8on à le temps passé par les cellules mésodermiques dans la ZP varie en fonc8on de leur posi8on Celles en posi8ons plus distal (futur main) y auront déjà séjourné plus longtemps (cellules mésodermiques sont restées plus longtemps sous l’effet de FGF8) 34  6.6.8. Régionalisa8on du membre : facteur HOXD Facteur de transcrip8on = protéine qui se fixe sur ADN pour réguler l’expression des gènes - Processus de régionalisa8on à entraine ac8va8on d’un groupe de gènes (HOXD9 -> 78 le plusRégionalisation du membre: proche du centre du corps, à HOXD13 ->facteurs HOXD le plus distal) rassemblés dans un locus commun sur le chromosome 2 et codent pour des facteurs de transcrip8on Le processus de régionalisation implique l’activation d’un groupe de gènes (HOXD9 à HOXD13) rassemblés dans un locus commun sur le chromosome 2, et qui codent pour des facteurs de transcription. HOXD13 HOXD12 HOXD11 HOXD10 HOXD9 HOXD8 HOXD4 HOXD3 HOXD1 ADN Chr. 2 - Ac8va8on séquen8elle de la transcrip8on de ces gènes génèrent un profil L’activation séquentielle de la transcription de ces gènes génèrent un profil d’expression ordonné dans les différents segments du membre (ex. HOXD9 +D10 dans le bras; HOXD9 +D10 +D11 d’expression +D12 +D13 ordonné dansdeles dans les doigts différents segments du membre (ex. HOXD9 +D10 la main). dans le bras ; HOXD9 +D10 +D11+D12 +D13 dans les doigts de la main) C’est ce contenu différentiel en facteur de transcription HOXD qui détermine le devenir de - C’est ce contenu chacun différen8el en facteur de transcrip8on HOXD qui détermine le des segments. devenir de chacun des segments,HOXD9 chaque facteur de transcrip8on a un rôle spécifique Profil d’expression dans le développement du membre HOXD10 HOXD11 des ARNm HOXD par rapport aux HOXD12 segments définitifs du membre. HOXD13 79 Origines tissulaires des membres Au cours de son développement, les membres sont colonisés par des populations cellulaires de différentes origines. Avec l’ectoderme et le mésoderme de la lame latérale, qui sont à l’origine du bourgeon initial, ces autres populations de cellules formeront les différentes structures du membre: Ectoderme Epiderme Derme Mésoderme de la lame latérale Os, ligaments, tendons Muscles Mésoderme paraxial (somites) Vaisseaux sanguins Tube neural Nerfs (nerfs spinaux) Cellules de Schwan Cellules des la crête neurale Mélanocytes 35 6.6.9. Origines 8ssulaires des membres - Au cours de son développement, les membres sont colonisés par des popula8ons cellulaires de différentes origines - Avec ectoderme et mésoderme de la lame latérale -> origine du bourgeon ini8al 6.7. Fœtus et placenta 6.7.1. Évolu8on du fœtus et du placenta dans l’utérus - Implanta8on -> modifica8on de l’endomètre (enrichissement en lipides et glycogène, vascularisa8on accrue) => caduque ( à la place d’endomètre) - Du côté où il y a le pédicule suspenseur -> villosités chorioniques (formées de mésoderme extra-embryonnaire + cyto et syncy8otrophoblaste) à envahissent la caduque -> caduque basale 36 Villosités : - De l’autre côté de l’embryon : caduque qui s’étend dans la cavité utérine -> caduque réfléchie - La reste de la caduque -> caduque pariétale - À terme le sac amnio8que remplit toute la cavité utérine et caduque réfléchie fusionne avec caduque pariétale 6.7.2. Expulsion du placenta à l’accouchement - À l’accouchement -> placenta expulsé - Face fœtale (recouverte par amnios) et face maternelle Placenta : espèce de 8ssus spongieux gorgé de sang maternel et correspond à toutes les villosités chorioniques qui permebent l’absorp8on du sang maternel. 6.7.3. Pathologies du placenta : placenta praevia - 1/200 - Implanta8on basse du placenta dans l’utérus recouvrant parfois le col de l’utérus - Associé à des saignements en fin de grossesse 37  84 Pathologies du placenta: placenta praevia - Empêche le passage du bébé s’il recouvre le col de l’utérus - Oblige la délivrance par césarienne avant le terme si l’ hémorragie est abondante et ncidence: 1/200 le bébé en souffrance mplantation basse du placenta dans l’utérus, recouvrant parfois le col de l’utérus. e plus souvent associé à des saignements en fin de grossesse. mpêche le passage du bébé s’il recouvre le col de l’utérus. blige alors la délivrance par césarienne, avant le terme si l’hémorragie est abondante et bébé en souffrance. Placenta normal Cordon ombilical Paroi de l’utérus Placenta 6.7.4. Pathologies du placenta : placenta accreta praevia Col de l’utérus Praevius [latin]: qui va devant - 1/700 - Favorisé par la présence d’une cicatrice dans l’utérus (césarienne ou opéra8on antérieure) - Envahissement du placenta au travers de toute la caduque basale (accreta) dans le myomètre (increta) , au-delà du myomètre (percreta) du aux syncy8otrophoblaste qui 85 Pathologies con8nue du placenta: placenta accreta de se proliférer - Associé à des risques d’hémorragies importantes -> met en jeu la vie du bébé et e la mère ncidence: 1/700 (a considérablement augmenté ces dernières décénies) - Surveillance durant la grossesse et planifica8on d’une délivrance par césarienne avant le terme avorisé par la présence d’une (34 dans cicatrice semaines) l’utérus (césarienne ou opération antérieure) - Après nvahissement du placenta délivrance au travers : la caduque basale (accreta), dans le de toute myomètre (increta), au-delà du myomètre Placenta laissé en place -> en espérant qu’il va finir par se détacher ou se (percreta). résorber mais risque d’infec8on ou hémorragie ssocié à des risques d’hémorragies importantes mettant en jeu la vie du bébé et de la mère. Hystérectomie -> enlever l’utérus et le placenta (plus d’enfants après) urveillance durant la grossesse et anification d’une délivrance par Cordon ombilical ésarienne avant terme (34 semaines) près délivrance: placenta laissé en ace, ou hystérectomie. Normal Accreta Increta Percreta Caduque basale Myomètre Séreuse 38  6.7.5. Placenta : échanges fœto-maternels - Échanges entre fœtus et mère qui se font au niveau des villosités chorioniques qui baignent dans le sang maternel recueilli au sein des espaces intervilleux (dérivés des lacunes trophoblas8ques) - Du côté fœtal : sang afflue vers le placenta par les artères ombilicales qui se ramifient dans la plaque choriale (cons8tuée de l’amnion -> parois de l’amnios, 86 du mésoderme Placenta: échanges )fœto-maternels extra-embryonnaire et abeint les capillaires fœtaux dans les villosités chorioniques. Le sang retourne vers le fœtus à travers la veine ombilicale - Au Des échanges entre passage le fœtus et ladans mèreles se villosités : le sang font au niveau fœtal sechorioniques des villosités charge en 02 et en nutriments qui baignent dans le présents dansrecueilli sang maternel le sangaumaternel sein deset y décharge espaces du CO2 intervilleux et des déchets (dérivés des lacunes trophoblastiques). Du côté fœtal: le sang afflue vers le Plaque Caduque placenta par les artères ombilicales, choriale basale qui se ramifient dans la plaque choriale, et atteint les capillaires Amnion fœtaux dans les villosités Villosité chorioniques. Le sang retourne vers chorionique le fœtus à travers la veine ombilicale. Artères Au passage dans les villosités, le ombilicales sang fœtal se charge en O2 et en nutriments présents dans le sang maternel, et y décharge du CO2 et Veine des déchets (urée, …). ombilicale Cordon ombilical Espace intervilleux Capillaire Veinule Artériole (sang maternel) fœtal maternelle maternelle 6.7.6. La barrière placentaire 87 - La Le barrière sang fœtal est placentaire séparé du sang maternel par plusieurs couches cellulaires dans les villosités chorioniques : Endothélium des capillaires fœtaux Initialement, le sang fœtal est séparé du sang maternel par plusieurs couches cellulaires Mésoderme présentes au sein des villosités chorioniques:extra-embryonnaire (1) l’endothélium des capillaires fœtaux, Cytotrophoblaste (2) le mésoderme extraembryonnaire, (3) le cytotrophoblaste, (4) le syncytiotrophoblaste. Syncy8otrophoblaste Cette barrière placentaire, évolue dans le temps: - Cebe barrière placentaire évolue dans le temps : - au cours du 4ème mois: les cellules du cytotrophoblaste se raréfient. Au cours du 4ème mois : les cellules cytotrophoblastes se raréfient - au cours du 6 ème mois: des capillaires fœtaux s’accolent directement au Au cours du 6ème mois : capillaires fœtaux s’accolent directement au syncytiotrophoblaste, dans des zones où ce dernier est anucléé (zones d’échange). syncy8otrophoblaste dans des zones où ce dernier est anucléé (zone d’échange) et le mésoderme disparaitSang fœtal Endothélium du capillaire fœtal Mésoderme extraembryonnaire Villosité chorionique Syncytiotrophoblaste Cytotrophoblaste 39 Espace intervilleux  Cette barrière placentaire, évolue dans le temps: - au cours du 4ème mois: les cellules du cytotrophoblaste se raréfient. - au cours du 6ème mois: des capillaires fœtaux s’accolent directement au syncytiotrophoblaste, dans des zones où ce dernier est anucléé (zones d’échange). Sang fœtal Endothélium du capillaire fœtal Mésoderme extraembryonnaire Villosité chorionique Syncytiotrophoblaste Cytotrophoblaste Espace intervilleux sang maternel 6.7.7. Transports à travers la barrière placentaire - Les échanges à travers la barrière placentaire reposent sur les mécanismes classiques de transport membranaire : diffusion simple -> O2,CO2, lipides, urée 88 Transports à travers la barrière placentaire osmose -> H20 transport facilité -> glucose transport Les échanges à traversac8f -> ions, la barrière acide urique placentaire reposent sur les mécanismes classiques de - les protéines transport maternelles membranaires: diffusionnesimple traversent (O2, COpas la barrière : après endocytose elles sont 2, lipides, urée), osmose (H2O), transport facilité (glucose), transport actif (ions, acide urique). le fœtus) dans syncy8otrophoblaste dégradées (=> source en acides aminés pour - protéines Les les immunoglobulines maternelles neGtraversent (lgG) peuvent pas latraverser la membrane barrière: après grâce endocytose, à leur elles sontliaisons avec un dégradées récepteur (=> source enintracellulaire acides aminésspécifique « protecteur pour le fœtus). » Les immunoglobulines G (IgG) sont épargnées, grâce à leur liaison avec un récepteur intracellulaire spécifiqueen - les lgG (classe d’an8corps) fournis par la mère au fœtus (surtout fin de grossesse) “protecteur“. assurent Les IgG une immunité (une classe passive d’anticorps) fournisdurant par la les mèrepremiers au fœtusmois après (surtout enlafinnaissance de grossesse), assurent une immunité passive durant les premiers mois après la naissance. Sang fœtal Sang maternel Respiration O2 CO2 Hydratation H2O, ions Glucides, acides gras, Nutrition Acides aminés, vitamines Excrétion Urée, acide urique X Protéines Immunité Immunoglobulines G Barrière placentaire - Beaucoup de substances auxquelles la mère s’expose peuvent passer la barrière placentaire et abeindre l’embryon ou le fœtus 89 - Pathologie: l’incompatibilité rhésus Certains sont tératogènes -> peuvent entrainer des anomalies du développement Une incompatibilité Rhésus (Rh, antigène présents sur les globules rouges) est à craindre 40 lorsqu’une mère Rh- porte un fœtus Rh+. Le risque est faible lors d’une première grossesse, car les globules rouges du fœtus restent - Aben8on par8culière sur les médicaments avec des tests de tératogénicité 6.7.8. Pathologie : l’incompa8bilité rhésus - Incompa8bilité Rhésus (Rh -> an8gènes présents sur les globules rouges) quand mère Rh- et fœtus Rh+ - Risque faible pour première grossesse car globules rouges du fœtus restent invisibles pour le système immunitaire maternel - Lors de l’accouchement : sang fœtal infiltre sang de la mère -> développe an8corps an8-Rh+ - An8-Rh+ -> persistent chez la mère et mebent à risque la deuxième grossesse puisqu’ils seront transmis au fœtus et s’abaqueront à ses globules rouges si il est Rh+ ð Maladie hémoly8que du nouveau-né 41  6.8. Tératogenèse 6.8.1. Tératogenèse 3 grands principes : 1) Période cri8que : Structure embryonnaire est sensible aux agents tératogènes que pendant une période cri8que du développement -> phase ac8ve de morphogènes (durant les 8 premières semaines) Un même agent peut avoir différents effets tératogènes selon la période à laquelle l’embryon y est exposée Exemple : Vismodégib (inhibiteur de la signalisa8on SHH, traitement d’un cancer de la peau) -> induit une holoprosencéphalie (défaut de sépara8on des hémisphères cérébraux) ou des fentes labio/pala8nes en fonc8on de la période d’exposi8on 42  % Embryons malformés % Embryons décédés 2) Dose cri8que : Chaque agent tératogènes présente une dose cri8que à laquelle l’appari8on des malforma8ons est maximale En dessous de cebe dose -> pas d’effets ; au-dessus -> embryon décède Concentration de l’agent 3) Composante géné8que : 95 Tératogenèse Spécifique de l’embryon (polymorphisme) détermine son degré de réponse à l’agent tératogène Peut s’expliquer par des différences de : Trois grandsSensibilité ð principes desde voies de signalisa8on tératologie: affectées par l’agent 3. Composante génétique ð Vitesse de métabolisa8on de l’agent le rendant inac8f (les enzymes permebent plus génétique La composante facilement spécifique la sor8e de de molécules donc l’embryon la malforma8on détermine (polymorphisme) ne reste passon et la degré molécule peut être de réponse à l’agent tératogène. moins vite éliminée chez un autre -> malforma8on restera) Peut s’expliquer par des différences de : 6.8.2. Médicaments - Sensibilité des voies detératogéniques : mycophenolate signalisation affectées mofe8l par l’agent - Vitesse 1)deImmunosuppresseur métabolisation de l’agent, le rendant inactif - Prescrit pour : Préven8on du rejet de greffe (rein, cœur, foie) Maladies auto-immunes (lupus érythémateux, maladies de Crohn, psoriasis,...) 43 - Mode d’ac8on : Inhibe la néosynthèse de nucléo8des (dGTP) Réduit de ce fait la proliféra8on des lymphocytes (cellules du système immunitaire), fortement dépendante de la néosynthèse de nucléo8des 2) Tératogénicité - Principales anomalies de développement (25% d’incidence) : Micro8e (oreilles peu développées), ano8e (pas d’oreille) Fente labiale avec/ sans fente pala8ne Anomalies oculaires (anophtalmie, microphtalmie) - Période cri8que d’exposi8on : avant la 8ème semaine de gesta8on (pic durant la 7ème semaine) 6.8.3. Médicament tératogéniques : warfarine 1) An8coagulant - Anomalies de développement variables en fonc8on de la période d’exposi8on : Avant la semaine 4 de gesta8on : pas d’effet Entre la 4 et 7 semaines : risque (7%) de syndrome malforma8f « Warfarin embryopathy » ð Malforma8on du squelebe (la vitamine K ac8ve une hormone ostéogénique) ð Anomalies de la face (cloison nasales amincies, hypoplasie de la crête nasale, hypertélorisme ð Hypoplasie des dernières phalanges (mains et pieds) Après la 7ème semaine : risque (2%) d’anomalies du système nerveux central 44