Biologie du développement étudiants - BG1 PDF

LE DEVELOPPEMENT ANIMAL (16h) Introduction: les grandes étapes du développement La biologie du développement est une discipline biologique qui s'intéresse au développement ou ontogenèse. L’ontogenèse correspond au cycle vital entier d’un animal débutant par l'œuf fécondé (ou vierge dans...

LE DEVELOPPEMENT ANIMAL (16h) Introduction: les grandes étapes du développement La biologie du développement est une discipline biologique qui s'intéresse au développement ou ontogenèse. L’ontogenèse correspond au cycle vital entier d’un animal débutant par l'œuf fécondé (ou vierge dans le cas de la parthénogenèse) et aboutissant à un être ressemblant aux géniteurs et capable de se reproduire à son tour. Deux étapes principales caractérisent le développement animal (figure 1): 1. La première étape: Le développement embryonnaire ou embryogenèse constitue la période précoce qui commence dès la fécondation. Le stade de cette période s'appelle embryon et se caractérise par sa dépendance trophique et la nécessité d'un milieu protégé. Ces deux nécessités permettent de distinguer deux types principaux d'animaux:  Les espèces ovipares pondent des œufs plus ou moins riches en réserves trophiques et protégés par nombreuses enveloppes variables avec les animaux ; la plupart des animaux sont de ce type et les œufs se développent à l'extérieur de l'organisme maternel, que la fécondation soit interne ou externe. Ces œufs peuvent être soit abandonnés soit protégés par un ou les deux parents selon le degré d'évolution. À la fin du développement embryonnaire, l'éclosion, c'est-à-dire la sortie par rupture des enveloppes de l'œuf, libère un individu trophiquement relativement autonome qui peut aussi être soit abandonné, soit protégé jusqu'à un certain temps.  Les espèces vivipares ont des œufs pauvres en réserves trophiques qui se développent au sein de l'organisme maternel et à ses dépens en établissant des relations trophiques avec elle. À la parturition ou mise-bas (accouchement chez la femme), la naissance donne l'individu libre trophiquement indépendant mais, généralement soigné par la mère jusqu'à un certain temps. Ce type est rare, particulièrement caractéristique des Mammifères. 2. La deuxième étape: Le développement post-embryonnaire diffère ainsi du précédent par l'indépendance trophique et la protection plus ou moins autonome. Il commence chez l'individu éclos ou né et se poursuit jusqu'à sa maturité sexuelle et la fin de sa croissance. Ce développement se réalise selon deux modalités conditionnées par la quantité de vitellus accumulée dans l'œuf lors de l'ovogenèse :  Le développement direct caractérise les espèces ovipares à œuf très riche en vitellus ou les espèces vivipares. La quantité de vitellus ou la viviparité permettent l'achèvement du développement de l'animal pour libérer directement à l'éclosion des premiers ou la naissance des seconds, des jeunes (juvéniles) individus ressemblant à l’adulte qui subissent une simple croissance différentielle des différentes parties du corps; chez les Mammifères, cette phase de croissance commence dans l’utérus maternel et porte le nom de phase fœtale. Cette croissance se poursuit par la maturité sexuelle. À la maturité ou puberté, l'individu devient reproducteur sans avoir achevé sa croissance. À ce stade il porte le nom d'imago (=image) à l'image de ses parents. La croissance post-imaginale se poursuit plus faible jusqu'à l'âge adulte puis s'arrête (à quelques exceptions comme chez les Crustacés) jusqu'à la mort. 1   Le développement indirect, appelé également épigénétique, caractérise les espèces ovipares qui ont des œufs pauvres ou moyennement riches en vitellus, quantité insuffisante au développement direct. L'éclosion donne un individu libre plus ou moins différent de l'imago qui subvient à ses besoins tout seul avant d'achever son développement. Cet individu a été nommé Larve (larvae=masque, car il est masqué avant de devenir juvénile). Ce stade larvaire plus ou moins différent de l’imago subit non seulement une croissance mais également des transformations groupées sous le nom de métamorphose permettant l’acquisition de la forme imaginale suivie par une croissance post-imaginale qui donne l'adulte. Ce stade intermédiaire entre l'embryon et le jeune ou l'imago a valu le nom de développement indirect. ESPECES OVIPARES Développement embryonnaire Développement post-embryonnaire indirect Ponte Éclosion Croissance Métamorphose Croissance Œuf Embryon Larve Larve Jeune Imago Adulte Puberté Œuf Embryon Jeune Imago Adulte Développement intra-utérin Naissance Croissance Croissance Développement embryonnaire Développement post-embryonnaire direct ESPÈCES VIVIPARES Figure 1- Les différents modalités ontogénétiques du règne animal Notre cours sera limité à la phase embryonnaire située entre l’œuf et l’éclosion ou la parturition et appelée embryogenèse (figure 1). L’étude de l’embryogenèse forme une science appelée embryologie. On distingue :  L’embryologie descriptive qui s’occupe de la description comparative des étapes de l’embryogenèse chez les différents groupes animaux;  L’embryologie expérimentale ou causale qui analyse et cherche à expliquer les mécanismes impliqués dans cette embryogenèse par des expériences d'ablation, de greffe et de culture cellulaire isolée ainsi que d'autres expériences microscopiques et chirurgicales.  L'embryologie moléculaire plus récente qui a évolué parallèlement à l'évolution de la biologie moléculaire par la découverte de plusieurs mécanismes moléculaires du développement grâce aux techniques moléculaires variées du génie génétique. 2  Le cours d'embryologie descriptive sera introduit par des notions générales sur les phases de l'embryogenèse: définition, modalités et rôles. Puis, fera suite une étude comparative du développement embryonnaire d'exemples d'œufs respectivement d'organismes à développement aquatique (l'oursin à œuf oligolécithe avec la grenouille à œuf hétérolécithe) et de Vertébrés terrestres (l'Homme à œuf alécithe avec le poulet à œuf télolécithe). Il sera terminé par l'étude des annexes embryonnaires caractéristiques des Vertébrés terrestres. Le chapitre des mécanismes sera abordé en se basant sur le chapitre descriptif avec des exemples focalisés essentiellement sur l'oursin et le triton (deux organismes modèles en embryologie car communs dans la nature, faciles à élever au laboratoire, faciles à reproduire au laboratoire et à suivre leurs embryogenèse in vitro). L'analyse portera surtout sur les mécanismes microscopiques avec quelques précisions des mécanismes moléculaires et leurs possibilités d'applications. 3  Chapitre 1 Les phases du développement embryonnaire (2h) 1. Les différentes phases de l’embryogenèse Les principales phases de l’embryogenèse sont (figure 2): 1. la fécondation qui donne le stade œuf; 2. la segmentation (ou clivage) qui aboutit au stade blastula; 3. la morphogenèse où commence le changement de forme de l'embryon. Cette dernière se subdivise en :  Gastrulation ou morphogenèse primaire qui forme le stade gastrula;  Neurulation (chez les Vertébrés) ou morphogenèse secondaire qui donne le stade neurula ou bourgeon caudal;  Organogenèse ou morphogenèse définitive au cours de laquelle se réalise la différenciation cellulaire et aboutit à la formation des tissus groupés en organes, lesquels sont groupés en appareils ou systèmes. FÉCONDATION SEGMENTATION MORPHOGENÈSE Primaire Secondaire Définitive GASTRULATION NEURULATION ORGANOGENÈSE Œuf Blastula Gastrula Neurula Tissus et organes Figure 2- Les différentes phases de l’embryogenèse 2. La fécondation et l'œuf Voir cours (Reproduction). 2.1. La fécondation La fécondation est considérée comme la première phase du développement embryonnaire car différents phénomènes s'y produisent et conditionnent les phases suivantes. En résumé, nous rappelons qu'au cours de la fécondation, des remaniements cytoplasmiques entrainent des changements dans la localisation de divers constituants de l'œuf (pigments, ARN, protéines…) ce qui permet l'apparition des bases du plan d'organisation définitif de l'espèce (voir développement des exemples choisis). Le résultat de la fécondation est un œuf diploïde, étanche aux autres spermatozoïdes, protégé par des enveloppes variées, contenant des substances morphogénétiques (ARN et protéines groupés sous le nom de Ribo-Nucléo-Protéines ou RNP) et des substances de réserves ou vitellus accumulés dans l'ovocyte lors de la phase d'accroissement de l'ovogenèse. Les localisations des substances morphogénétiques sont très précises formant des plasmes organisateurs d'origine maternelle et appelés récemment "morphogènes primordiaux maternels". 4  2.2. Les caractéristiques de l'œuf des Métazoaires Voir détails dans le cours de la Reproduction (ovogenèse, fécondation, ségrégation). Tout œuf possède les principales caractéristiques suivantes: a- L’œuf est totipotent c'est-à-dire capable de donner un nouvel individu entier autonome et potentiellement reproducteur. b- L’œuf est toujours anisotrope, c'est-à-dire asymétrique dans son contenu. Les éléments qui conditionnent l’asymétrie de l’œuf fécondé ou non sont :  La position excentrée du noyau associée au processus d’émission des globules polaires et qui conventionnellement caractérise la région du pôle animal, région destinée à la formation de la région antéro-dorsale. Ce noyau responsable de la synthèse des RNP, celles-ci se trouvent localisées dans le cytoplasme selon un gradient élevé vers le pôle animal et affaibli vers le pôle opposé.  La position du vitellus essentiellement dans la région opposée au pôle animal et formant le pôle végétatif. Ce pôle, à vocation trophique participe à la formation des structures végétatives comme le tube digestif. Un gradient vitellin se trouve ainsi opposé au gradient RNP.  Ce double gradient vitellin végétatif contre RNP animal, confère une polarité axiale à l'œuf définie par le pôle animal PA opposé au pôle végétatif PV. En général, le PA est supérieur, le PV est inférieur respectant l'effet de pesanteur sur le vitellus plus lourd que les RNP (figure).  Une pigmentation superficielle variée peut aussi s'ajouter pour marquer différents territoires de l'œuf. c- L'œuf contient une quantité plus ou moins importante de vitellus selon les groupes animaux (tableau 1). La quantité de vitellus et sa répartition dans l’œuf conditionnent :  Les différentes étapes de l’embryogenèse (voir plus loin) ;  Le type de cycle direct ou indirect (figure 1) que peut avoir un animal dans le cas de l’oviparité. En effet, le vitellus est utilisé pour la nutrition de l’embryon. Par conséquent, plus l’œuf est pauvre en vitellus, plus le développement embryonnaire s’arrête tôt et l’éclosion donne indirectement l'individu final en passant par une forme larvaire libre qui subvient seule à ses besoins tout en continuant son développement. Les espèces vivipares naissent à la fin de l’embryogenèse quelque soit la richesse de leur œuf en réserves car l’embryon vit aux dépens de sa mère. 2.3. Rappel des différents types d’œufs (tableau 1) Au cours de la phase d'accroissement de l’ovogenèse, l’ovocyte des Métazoaires augmente de volume par une double synthèse (voir ovogenèse dans cours reproduction):  En prévitellogenèse: une synthèse de Ribonucléoprotéines (RNP) qui conditionneront les premières phases du développement embryonnaire.  En vitellogenèse: une synthèse intra et/ou extra-ovocytaire de réserves nutritives de l'embryon, accumulées en plus ou moins grande quantité sous forme de vitellus (protidique, lipidique et glucidique). La richesse des œufs en vitellus (ou lécithe) permet de les classer selon le tableau 1: 5  Le tableau 1- Les caractéristiques des différents types d’œufs de Métazoaires Types Quantité de Répartition cytoplasmique Taille Exemples de taxons d’œufs vitellus Pas ou très peu de Hypothèse: Perte secondaire du vitellus Mammifères Placentaires vitellus (a= au cours de l’évolution Et Marsupiaux Alécithes  100µm absent, lécithe= Ou vitellogène séparé du germigène Plathelminthes vitellus) donnant des œufs composés Vitellus faible Relativement homogène (=iso) Echinodermes (oursin) Oligolécithes  100µm (oligo= peu) Isolécithe Procordés Vitellus Noyau excentré au pôle animal poussé Amphibiens moyennement par le Gradient vitellin végétatif  0 Mésolécithes  1mm (grenouille, triton) (méso: moyen) Hétérolécithes (hétéro= différent, Annélides Mollusques abondant hétérogène) Céphalopodes Vitellus très Germe réduit à un disque hyalin au pôle nombreux Poissons Télolécithes abondant (télo= animal appelé cicatricule  1cm Sauropsidés (Oiseaux) entier, final) Vitellus = masse compacte végétative Mammifères Monotrèmes Masse vitelline centrale (=centro) Vitellus très Insectes et Arthropodes en Centrolécithes contenant le noyau  1mm abondant général Cytoplasme: pellicule périphérique Les groupes colorés en bleu seront détaillés dans la suite du cours dans une approche comparative. La structure des œufs sera observée dans l'étude comparative. 3. La segmentation et la blastula 3.1. Définition La segmentation ou clivage correspond à une succession de divisions cellulaires mitotiques sans augmentation du volume initial de l’œuf, donnant des cellules filles ou blastomères dont les diamètres se rapprochent progressivement des valeurs standard observées chez l’espèce considérée. Le rythme des mitoses est conditionné par la charge en vitellus. Il est d’autant plus rapide que l’œuf est pauvre en réserves. Ceci permet de définir différents types de segmentation et donner des blastulas avec des blastomères de différents diamètres selon l'importance du vitellus:  Les mésomères ont un diamètre moyen à cause de la charge vitelline moyenne;  Les micromères ont un diamètre très petit, car la division est très rapide à cause de la pauvreté en vitellus;  Les macromères ont un diamètre très grand car la division est ralentie par la charge importante de vitellus. Cette segmentation s’effectue suivant des plans différents qui peuvent être groupés en quatre types essentiels (figure 3) : méridien, équatorial, latitudinal et oblique. Cette nomenclature est empruntée à la géographie de la terre à cause de la forme de l'œuf en général sphérique comme la terre. Figure 3- Les différents plans de segmentation 6  3.2. Résultat de la segmentation La segmentation aboutit à la formation d’un germe d'abord constitué d'un amas cellulaire en aspect de mûre et appelé pour cette raison morula. Cette dernière se transforme en blastula dont le volume et la forme restent identiques à ceux de l’œuf. Cette blastula peut se creuser d’une cavité dite cavité de segmentation ou blastocœle qui prépare à la phase de la gastrulation. Elle est ainsi monodermique (mono=un, derme= couche) constituée d'une seule couche cellulaire entourant un blastocoele plus ou moins important. La blastula a également des formes différentes conditionnées par la charge vitelline qui définit le diamètre des blastomères et donc la vitesse de la division cellulaire (voir les exemples). 3.3. Les différents types de segmentation et de blastulas Suivant la richesse de l’œuf en réserves et sa répartition on distingue différents types de segmentation : 3.3.1. Segmentation totale ou holoblastique La totalité de l’œuf se divise car il ne contient pas beaucoup de réserves et ces réserves restent localisées dans le cytoplasme de l’embryon et se divisent avec lui. C’est le cas des œufs alécithes, oligolécithes et hétérolécithes (figure 4). Les deux premiers plans de divisions sont axiaux perpendiculaires l’un à l’autre ; ils ne sont par conséquent pas affectés par la répartition du vitellus et ils donnent quatre blastomères égaux. A partir du troisième clivage perpendiculaire à l’axe de polarité donc affecté par le gradient vitellin, les blastomères deviennent inégaux, les plus gros dits macromères, se situent dans l’hémisphère végétatif plus riche en vitellus qui entrave et ralentit la division. Au niveau du pôle animal, se localisent les petits blastomères ou micromères. Rares sont les œufs qui subissent entièrement une segmentation égale. Cette segmentation totale montre suivant les plans de divisions quatre types:  Dans la segmentation totale radiaire, les plans de divisions sont soit méridiens soit latitudinaux ; ce type caractérise la majorité des animaux dont ceux que nous étudierons : les Echinodermes, les Amphibiens.  Dans la segmentation spirale, les plans alternent obliques à droite et à gauche par rapport à l’axe de l’œuf donnant un aspect polaire spiral. Ce type caractérise l’ensemble des Spiralia (Plathelminthes, Annélides, Mollusques Gastéropodes et Lamellibranches).  Dans la segmentation bilatérale typique des Tuniciers, on distingue dès les premiers plans, non seulement la polarité antéropostérieure mais aussi la polarité dorso-ventrale.  Dans la segmentation rotationnelle caractéristique des Mammifères et des Nématodes, le premier plan de division est méridien et donne deux blastomères égaux ; le deuxième plan est différent dans chaque blastomère : dans l’un, il est équatorial et dans l’autre, il est méridien. A la fin de la segmentation totale, la blastula montre deux types:  La coeloblastula qui est le résultat de la segmentation radiaire. Elle est creusée d’une vaste cavité de segmentation ou blastocoele. On distingue dans ce premier type : o La coeloblastula régulière caractérisée par un blastocœle central entouré d’une assise régulière de blastomères subégaux. Elle se rencontre dans le cas des œufs oligolécithes. Dans ce cas la segmentation est totale, radiaire subégale. o La coeloblastula irrégulière caractérisée par un blastocoele excentré vers le pôle animal poussé par les macromères végétatifs qui résultent de la segmentation inégale des œufs hétérolécithes. Ici, la segmentation est donc totale, radiaire, inégale. 7  La sterroblastula qui est le résultat de la segmentation spirale. Elle est quasiment dépourvue de blastocoele. Il s’agit d’une segmentation totale, spirale inégale car les œufs sont hétérolécithes. Figure 4- Différents types de segmentation totale et de blastulas 3.3.2. Segmentation partielle ou méroblastique Seulement une partie restreinte du cytoplasme peu chargé en vitellus se segmente. Sont concernés par ce type de segmentation les œufs télolécithes et centrolécithes (figure 5). Les blastula engendrées par ces deux types d’œufs sont respectivement:  La discoblastula résultat de la segmentation discoïdale de l'œuf télolécithe qui donne au germe la forme d’un disque appelé blastoderme ou blastodisque situé au niveau du pôle animal opposé à la grande masse vitelline du côté végétatif qui reste compacte non divisée.  La périblastula issue de la segmentation superficielle de l'œuf centrolécithe et caractérisée par un blastoderme périphérique autour du vitellus central des œufs d’Insectes. 8  Figure 5- Différents types de segmentation partielle et de blastulas 3.4. Rôle de la segmentation Rappelons que l'œuf a au moins une polarité axiale (PA différent du PV). Cette polarité participe à l'anisotropie de l'œuf en plus des différentes synthèses formant les morphogènes primordiaux de l'œuf dont la localisation est précisée au moment de la fécondation. L'anisotrope est ainsi caractérisée par un cytoplasme très hétérogène. La segmentation divise le noyau diploïde de l'œuf par simple mitose réplicative de l'ADN, ce qui aboutit à un ensemble de noyaux quasi-identiques. Au contraire, le cytoplasme hétérogène sera réparti différemment autour de chaque noyau, partageant ainsi les morphogènes maternels. La blastula sera ainsi composée de blastomères semblables par leurs noyaux, mais différents par leurs morphogènes et leur charge vitelline. Le rôle de la segmentation est la compartimentation des morphogènes dans les différents blastomères. Nous avons déjà vu dans la ségrégation entre le soma et le germen, que la richesse du germen en ARN permet de respecter la totipotence de ce germen. 9  La question qui sort de ce constat est, quel rôle joue la compartimentation des morphogènes (composés essentiellement d'ARN et de protéines) sur cette totipotence? En d'autres termes, les blastomères de la blastula gardent-ils la totipotence de l'œuf à donner un individu autonome? Les réponses seront recherchées dans le chapitre des mécanismes du développement (voir l'importance de cette compartimentation dans l'embryologie causale). 4. La gastrulation et la gastrula Pour suivre le développement embryonnaire des coupes d’embryons sont nécessaires. Ces coupes dites histologiques, montrent la structure interne et la disposition des tissus embryonnaires. Elles peuvent être réalisées suivants trois plans différents (Figure 6). Figure 6- Les différents plans de coupe histologique 4.1. Définition Au cours de cette phase de l’embryogenèse, les amas de blastomères en simple cohésion (facilement séparables) subissent un ensemble de mouvements progressifs et se disposent en couches superposées. Ces mouvements se réalisent dans le blastocoele de la blastula et finissent par le combler. Ceci explique pourquoi l'embryon garde presque sa forme et son volume initiaux. Les couches portent le nom de feuillets embryonnaires. Les premiers feuillets à se former sont le feuillet externe ou ectoderme (ecto= externe, derme=couche) ou ectoblaste (blaste=embryon) et le feuillet interne ou endoderme (endo=interne) ou endoblaste. Ce feuillet délimite une première nouvelle cavité axiale qui reste ouverte à l'extérieur par un orifice dit blastopore (blast=embryon, pore) ou pore embryonnaire. Cette cavité forme la cavité gastrique primordiale appelée pour cela archentéron (arch= primaire, entéron=intestin). Un troisième feuillet apparait chez la majorité des animaux entre l'ectoderme et l'endoderme et porte pour cela le nom de mésoderme ou mésoblaste (méso=moyen). L'archentéron s'ouvre par un seul pore correspondant à l'anus de l'embryon (n'ayant pas de bouche car il se nourrit sur le vitellus qui remplit les cellules endodermiques ou sur la mère dans le cas de la viviparité). Ce tube gastrique primaire a valu le nom donné à cette phase (gastrulation) et à son stade final appelé gastrula (gastro= estomac). La gastrulation s'appelle aussi morphogenèse ou organogenèse primordiale car, au cours d'elle se forme le premier organe embryonnaire (l'archentéron). Les mouvements gastruléens portent ainsi le nom de mouvements morphogénétiques. 4.2. Résultat de la gastrulation La gastrulation aboutit ainsi à la formation d’un germe appelé gastrula dont le volume et la forme restent approximativement identiques à ceux de l’œuf. Selon les groupes, cet embryon est soit didermique, soit tridermique (figure 7), c'est-à-dire constitué 10 respectivement de deux (di= deux feuillets: ectoderme et endoderme) ou de trois (tri=trois) feuillets embryonnaires (le mésoderme s'ajoute à l'ectoderme et à l'endoderme) envahissant le blastocœle. Le feuillet interne entoure le premier organe de l'embryon, l'archentéron ou tube digestif embryonnaire ouvert par le blastopore correspondant à l'anus embryonnaire. La gastrula a également des formes différentes conditionnées par la charge vitelline qui définit le diamètre des blastomères et donc le type de mouvement morphogénétique (voir les exemples). Figure 7- Les deux types de gastrula en coupe sagittale 4.3. Les différents types de gastrulation et leurs causes Les principaux mouvements morphogénétiques se réalisant au cours de la gastrulation sont résumés dans la figure 8. Ce sont :  La délamination qui correspond à des divisions cellulaires perpendiculaires à la couche monodermique de la blastula et qui aboutit au dédoublement de la couche à l’intérieur du blastocoele donnant ainsi deux feuillets l'ectoderme l'endoderme.  L’immigration où des cellules de la paroi de la blastula se détachent de leurs voisines et migrent à l’intérieur du blastocoele. Ce type de mouvement s’appelle aussi ingression.  L’embolie qui désigne une invagination en doigt de gant de cellules sans interruption avec la couche qui reste externe. Le feuillet invaginé dans le blastocoele reste toutefois éloigné et sans contact avec le feuillet qui lui a donné naissance et resté externe.  L'involution est une variante de l'embolie et en diffère par le contact qui reste entre les deux feuillets. L'invagination se fait à la manière d'un tapis roulant superposé au feuillet externe et guidé par lui.  La prolifération polaire qui se réalise par la division cellulaire au niveau d’un des pôles de la blastula. Les cellules formées constituent les structures internes de l’embryon.  L’épibolie qui est un mouvement de recouvrement d’une population cellulaire par prolifération d’une autre population. La population recouverte se trouve ainsi invaginée passivement. Figure 8- Les différents types de gastrulation 11  Ces différents mouvements sont conditionnés par le diamètre des blastomères. Ainsi, les quatre premiers mouvements caractérisent les micromères et les mésomères car de petit diamètre et donc, peuvent se diviser et se déplacer activement. Par contre, l’épibolie est fréquente en particulier lorsque l’œuf est hétérolécithe, le volume important des macromères ne facilitant pas leur invagination active, ceux-ci se trouvent invaginés passivement par recouvrement. La prolifération polaire est fréquente lorsque le blastocoele est virtuel. 4.4. Rôle de la gastrulation Le rôle de la segmentation est la compartimentation des morphogènes dans les différents blastomères. Celui de la gastrulation pousse encore plus loin cette compartimentation par la ségrégation des blastomères en feuillets embryonnaires. Il se remarque déjà que le feuillet interne a un rôle précis, celui de la nutrition de l'embryon. Il diffère ainsi des deux autres feuillets. En effet, les mouvements cellulaires ne se font pas au hasard. Ils ont été suivis grâce à la technique des marques colorées de Vogt (1922). Cette technique consiste à marquer certaines régions de la blastula immobilisée bien orientée dans une logette de paraffine, en fixant à sa surface des fragments d’agar agar imprégnés de colorants vitaux comme le sulfate bleu de Nil ou le rouge neutre et de suivre le déplacement des blastomères et leur destinée à l’intérieur de l’embryon. Grâce à cette technique, il a été constaté que les feuillets embryonnaires dérivent de territoires cellulaires précis de la blastula. Cette technique a ainsi permis de dessiner une carte délimitant les différents territoires cellulaires en fonction de leur destinée future dans la gastrula. Au cours de la gastrulation, les cellules se séparent en feuillets différents contenant probablement des morphogènes différents. Encore plus, leurs mouvements précis leur confèrent des voisinages différents de ceux de la blastula. La question qui s'impose est: qu'est-ce qui détermine ces mouvements morphogénétiques qui sélectionnent des cellules par rapport à d'autres? 4.5. Les mécanismes de la gastrulation Rappelons qu'au cours de la gastrulation, les cellules de la blastula ne se déplacent pas au hasard. Mais, leur mouvement est bien orienté ciblant sélectivement les cellules des différents feuillets. Il existe probablement une affinité sélective selon les territoires cellulaires. 4.5.1. Découverte de l'affinité sélective des cellules embryonnaires En 1939, l’école de Holtfreter a observé in vitro chez les Amphibiens qu'il y'a une adhésivité sélective entre les cellules d’un même feuillet embryonnaire et que cette adhésivité évoluait avec le stade de développement. Des embryons au stade gastrula dissociés par digestion de la matrice à la trypsine, les cellules mises en culture in vitro se réassocient spontanément et de façon différentielle. Les amas sont d’abord hétérogènes, puis une ségrégation s’opère progressivement entre les cellules des différents feuillets, lesquels se disposent en respectant leur position naturelle: les cellules ectodermiques en position externe, les cellules endodermiques en amas compact central, et les éléments mésodermiques entre les deux (Figure 9). 12  Figure 9- Réassociation des cellules dissociées d'une gastrula d'Amphibien En 1974, Boucaut a observé également cette affinité sélective in vivo. Des cellules d’un des trois feuillets (ectoderme, endoderme ou mésoderme) sont isolées de gastrulas ou de neurulas; préalablement marquées par un traceur radioactif elles sont injectées dans le blastocoele d’une gastrula hôte. Elles s’insèrent dans un feuillet qui correspond à leur feuillet d’origine. En 1962, l'école de Moscana aboutit aux mêmes constats chez les Mammifères et les Oiseaux. Il a été observé, de plus, que, pour une ébauche d’organe, le taux de réagrégation entre les cellules dissociées est fonction de l’âge de l’ébauche. Cette aptitude disparait dans les tissus différenciés. Conclusion  La propriété de reconstitution sélective de tissus à partir de cellules isolées mélangées s’appelle "agrégation histiotypique".  Cette sélectivité histologique n'est pas permanente. Des modifications de l’adhésivité s'observent au cours du développement et sont fonction de l'âge de l'embryon. Quels sont les agents responsables de cette adhésion histiotypique? 4.5.2. Découverte des molécules d’adhérence cellulaires L'agrégation et l'adhésivité cellulaire est sélective grâce à une reconnaissance sélective de molécules membranaires cellulaires. Ces molécules sont nommées Molécules d’Adhésion Cellulaire (MAC) ou Cell Adhésion Molecule (CAM). Les MAC ont été au départ identifiées par Ederman (1967) dans les tissus nerveux d’embryon de poulet et par Thiéry (1977) au niveau des cellules nerveuses rétiniennes ou 13 cérébrales. Depuis, ces premiers travaux, de nombreuses MAC ont été identifiées et caractérisées. Elles ont été observées aussi bien chez l'embryon que chez l'adulte. Leurs interactions adhésives peuvent être homophiles (figure 10), c’est-à-dire entre deux MAC de même nature (homologues), ou hétérophiles entre deux MAC hétérologues. Elles sont regroupées dans diverses familles dont les superfamilles des immunoglobulines Calcium indépendantes et des cadhérines. Ces dernières représentent la plus importante superfamille impliquée dans le développement. 4.5.3. L'exemple des Cadhérines et leur mécanisme d’adhésion Les cadhérines sont des glycoprotéines possédant une extrémité N-terminale extracellulaire calcium (Ca2+) dépendante d’où leur nom (Ca-adhérine). Leur extrémité intracellulaire C-terminale interagit avec les protéines du cytosquelette (actine) en se liant aux caténines. Leur extrémité extracellulaire N-terminale réalise des interactions homophiles avec des cadhérines homologues et hétérophiles avec des intégrines et des protéines de la matrice extracellulaire (Figure 10). Figure 10- Structure des cadhérines Les MAC apparaissent dès le début du développement et se diversifient avec l'âge. Elles changent au cours du développement par la modification des molécules même ou par la modification des interactions de voisinage appelé information positionnelle. 4.5.4. Exemple de diversification des cadhérines chez les Mammifères Les différents types de cadhérines sont spécifiques au tissu et changent au cours du temps. Ainsi :  Dès les premiers stades de segmentation, les E-cadhérines (E pour Epithélium) assurent la cohésion des blastomères. Sinon, un organisme pluricellulaire ne peut se former. 14   Lors de la nidation de la blastula, il apparait simultanément chez l’embryon et la mère une P-cadhérine (P- pour Placenta) pour assurer l’adhésion de l’embryon à la muqueuse utérine et la formation du placenta.  Leur diversification est responsable des mouvements morphogénétiques de la gastrulation. Elles assurent ainsi la ségrégation sélective des blastomères, leur guidage en trois feuillets différents adhérant sélectivement entre eux et se positionnant de façon précise.  Plus tardivement, à la fin de la gastrulation, une N-cadhérine (N pour Nerveux) apparait dans l’ectoderme dorsal tandis que la E-cadhérine en disparaît. Elle assure ainsi la séparation de l’ectoderme en deux parties : l’épiblaste (futur épiderme) qui contient la E- cadhérine, et le neuroblaste (futur système nerveux) avec la N-cadhérine.  A ce même stade, la métamérisation du mésoderme dorsal en massifs appelés somites par rapport au mésoderme latéral et ventral qui reste indivis est aussi sous contrôle d’une modulation des adhérences cellulaires à ce niveau.  Les MAC continuent à se diversifier au cours de l’organogenèse pour permettre l’agencement des tissus et organes de façon à donner des plans d’organisation précis.  Chez l’adule elles interviennent dans le maintien de l’adhérence tissulaire au niveau des différentes jonctions tissulaires particulièrement au niveau des desmosomes, des jonctions adhérentes et des hémidesmosomes de la membrane basale des épithéliums. Conclusion Au cours du processus de la gastrulation, les feuillets ne sont plus en simple cohésion comme dans le cas de la blastula où il suffit d'une agitation pour séparer les blastomères les uns des autres. Ils sont jointifs unis entre eux par des jonctions cellulaires spécialisées (voir biologie cellulaire) et reposent sur une lame basale qui permet l'adhésion des feuillets entre eux. Cet aspect ébauche ainsi la formation des tissus définis par la présence de jonctions qui permettent entre-autres la communication cellulaire (voir BC). Il existe un programme bien défini de synthèses cellulaires et de « turn-over » des MAC en fonction de leurs contacts ou de leurs déplacements donnant une information positionnelle qui contrôle l’agrégation histiotypique. Une question peut être posée pour clore la gastrulation et préparer aux causalités de la gastrulations, quel rôle joue les mouvements morphogénétiques sur la totipotence cellulaire? En d'autres termes, les blastomères des différents feuillets gardent-ils les mêmes potentialités que celles de l'œuf ou de la blastula? Les réponses seront recherchées dans le chapitre des mécanismes du développement (voir l'importance de cette compartimentation dans l'embryologie causale). 5. L’organogenèse et son rôle Le mot organogenèse signifie genèse des organes fonctionnels de l'individu libre capable de subvenir seul à tous ses besoins. Cet individu devient ainsi constitué essentiellement de cellules spécialisées dans des fonctions précises (respiration, digestion, locomotion, stimulation, réaction, régulation…). Les cellules subissent pour cela le phénomène de la différenciation cellulaire et donnent différentes catégories fonctionnelles qui sont souvent groupées en tissus. 15  5.1. Les grands types de tissus spécialisés Selon la fonction principale, on distingue quatre types de tissus (figure 11):  Le tissu épithélial est très abondant. Sa caractéristique principale et l'agencement de ses cellules très jointives les unes au autres grâce au développement de jonctions cellulaires très spécialisées. Cet agencement explique sa spécialisation soit dans le revêtement des surfaces internes et externes du corps, soit dans la formation de glandes sécrétrices de substances variées.  Le tissu conjonctif est le tissu le plus abondant du corps car il accompagne tous les autres tissus et assure ainsi leur soutien métabolique, structural et de défense. Il peut aussi se différencier en tissus spécialisés comme le squelette, le sang et le tissu immunitaire. Sa caractéristique est, à l'inverse du tissus épithélial, l'espacement entre ses cellules. Cet espace forme une matrice riche en différents éléments dont des fibres conjonctives de soutien mécanique.  Le tissu nerveux est très spécialisé dans l'excitabilité et la conductibilité. Sa cellule principale est le neurone ou fibre nerveuse.  Le tissu musculaire est également très spécialisé dans la contractilité. Sa cellule principale est la fibre musculaire. Tissu épithélial Tissu conjonctif Tissu musculaire Tissu nerveux Figure 11- Les différents types de tissus Ces différents tissus dérivent de la différenciation des trois feuillets embryonnaires dont la destinée est très précise. 16  5.2. L'origine embryonnaire des tissus Les dérivés principaux sont comme suit:  L’ectoderme est destiné à donner la couche superficielle du tégument (épiderme), organe de recouvrement et de protection, ainsi que le système nerveux et les organes des sens. Chez les vertébrés, l’individualisation du tissu nerveux s’effectue de façon précoce et constitue une première étape dans l'organogenèse appelée neurulation.  L'endoderme donne l’épithélium du tube digestif et celui de la muqueuse respiratoire.  Le mésoderme quant à lui participe à la formation de la majorité des autres organes en plus de l'accompagnement des tissus ectodermique et endodermique. (voir exemple d'organogenèse). Conclusion L'organogenèse permet donc la différenciation définitive de l'individu libre qui va éclore ou naître. Pour cela, elle porte le nom de morphogenèse définitive. À partir de cette phase, l'embryon n'est plus sphérique. Il commence à grandir et changer de forme pour atteindre la forme fonctionnelle. Bien que cette morphogenèse soit dite définitive, elle continue après l'éclosion ou la naissance de deux manières différentes:  Dans le développement sans métamorphose, la morphogenèse est une croissance différentielle des différentes parties du corps et une acquisition des caractères sexuels fonctionnels.  Dans le développement avec métamorphose, en plus de la croissance et de l'acquisition des caractères sexuels, une morphogenèse importante se produit au cours de la métamorphose pour donner la forme définitive. 6- Conséquences du développement embryonnaire Comme il a été constaté dans cette étude générale des différentes phases du développement embryonnaire, il existe une diversité d'œufs, une diversité de segmentations, une diversité de gastrulations et d'organogenèses. Cette diversité a permis de constater que le règne animal a subi une évolution passant des métazoaires les plus simples apparus les premiers, aux métazoaires les plus complexes apparus plus tardivement et progressivement par filiation. Le type de développement embryonnaire a permis de classer les animaux selon le degré de leur complexification par l'apparition de nouveautés. Les animaux dérivent probablement comme suit (voir cours de zoologie BA2): 1. Les premiers animaux sont des Métazoaires atissulaires appelés Parazoaires. Leur développement ne subit pas ou juste ébauche la gastrulation. Ils comprennent ce qu'on appelle communément Eponges. 2. Les animaux suivants sont des Métazoaires tissulaires appelés Eumétazoaires. Cet état tissulaire est apparu simultanément avec la gastrulation par l'apparition de plus en plus complexes de jonctions cellulaires. Selon leur gastrulation, ils se subdivisent en:  Diploblastiques dont la gastrula est didermique et ne dépasse pas ce stade de développement. Ils comprennent essentiellement les Cnidaires.  Triploblastiques dont la gastrula est tridermique et subit la gastrulation et l'organogenèse. D'autres acquisitions accompagnent cet état tridermique et seront vues dans le reste de ce cours en suivant les exemples de développement embryonnaire. Ce groupe très diversifié sera étudié dans le cours de BA2. 17 7- Conclusion générale Le tableau 2 ci-dessous résume les différents groupes animaux, leur type de segmentation et leur type de gastrulation. L'organogenèse, étant très différente d'un groupe à l'autre, sera observée dans les études détaillés des exemples. Tableau 2- Les grands groupes animaux et leur types de segmentation et de gastrulation Grands Phyla Type de segmentation Type de gastrulation Eponges Totale, radiaire, égale ou inégale Embolie, épibolie et Immigration Cnidaires Totale, radiaire, égale ou inégale Immigration, délamination, épibolie et embolie Plathelminthes Totale, inégale, radiaire ou spirale Epibolie et/ou embolie, Immigration Annélides Totale, spirale, égale ou inégale Epibolie et/ou embolie, Parfois Immigration Mollusques sauf Totale, spirale, inégale Embolie, épibolie et immigration Céphalopodes Céphalopodes: Partielle, discoïdale Némathelminthes Totale, rotationnelle, Presque égale Embolie + immigration Ou épibolie Crustacés Totale radiaire parfois spirale Embolie, épibolie ou immigration Arthropodes Et/ou partielle superficielle Insectes Embolie et immigration Totale ou partielle superficielle Totale, radiaire, égale/inégale Echinodermes Embolie et immigration Parfois partielle superficielle Amphibiens Totale, radiaire, inégale Poissons, Reptiles, Oiseaux Vertébrés Embolie et épibolie, immigration Partielle, discoïdale Mammifères Totale, rotationnelle 18  Chapitre 2 Les différents types de développement embryonnaire et leur relation avec les réserves nutritives de l’embryon (8h) Relation du développement avec la richesse de l’œuf en vitellus 1. Exemple1 : œuf oligolécithe des Echinodermes, œuf hétérolécithe des Amphibiens (4h) Introduction Du fait de leur transparence et de la facilité de leur obtention et élevage, les embryons d’oursin ont longtemps servi de modèles de développement. Les Amphibiens, quant à eux, sont considérés comme un matériel biologique de choix pour étudier le développement. Les avantages sont multiples :  Facilité de leur élevage  Le moment de la ponte peut être planifié par l’expérimentateur  Les œufs sont assez gros et permettent de connaître, par observation directe les phases du développement avec précision.  Pour cette même raison, une approche expérimentale est aisée sur ce matériel. Dans ce cours, les animaux choisis sont:  L'oursin livide: Paracentrotus lividus pour les raisons citées ci-dessus.  Le crapaud sud-africain: Xenopus laevis pour les raisons citées ci-dessus en plus de sa vie strictement aquatique et son embryogenèse rapide (moins de 48 h). 1.1. Etude comparée des caractéristiques des deux types œufs 1.1.1. Avant la fécondation a) Chez l'oursin  L’œuf est pondu au stade ovotide c'est-à-dire ayant achevé sa méiose et émis ses deux globules polaires.  Il est entouré par une membrane vitelline accolée à la membrane plasmique et par une gangue gélatineuse protectrice.  Sa charge faible en vitellus permet de le classer parmi les œufs oligolécithes.  Sa surface est uniformément colorée par un pigment orangé. b) Chez le crapaud  Comme chez tous les Vertébrés, l’œuf subit deux arrêts de développement, un arrêt dans l’ovaire en prophase de la première division méiotique ; la méiose reprend dans l’oviducte et un deuxième arrêt se produit en métaphase de la deuxième 19  division méiotique. Il est donc pondu au stade ovocyte I ayant émis son premier globule polaire.  Il est entouré par une membrane vitelline accolée à la membrane plasmique et par une gangue gélatineuse protectrice sécrétée par l’oviducte.  Sa vitellogenèse importante donne lieu à une accumulation de vitellus selon un gradient positif du côté du pôle végétatif et permet de le classer parmi les œufs hétérolécithes de 1 à 2mm de diamètre.  Son hémisphère animal est coloré superficiellement par un pigment noir, la mélanine. Il présente une tache claire au niveau du pôle animal, la tache de maturation lieu de l’émission de son globule polaire. Cette coloration mélanique et la tache blanche permettent de bien visualiser l'axe de polarité ovocytaire. 1.1.2. A la fécondation a) Chez l'oursin (figure 12)  La membrane de fécondation se forme à partir de la membrane vitelline qui s'associe aux contenus des granules corticaux libérés par exocytose dans l’espace périvitellin.  Des remaniements cytoplasmiques entraînent la concentration du pigment orangé en un anneau sous-équatorial. Ce qui permet de visualiser l'axe de polarité de l'œuf, le pole végétatif étant disposé du côté de la ceinture orangée sous-équatoriale. b) Chez le crapaud (figure 13)  La pénétration du spermatozoïde permet l’activation de l’ovocyte et l’achèvement de la méiose avec l’émission du 2ème globule polaire. L’endroit de pénétration du spermatozoïde détermine la future zone ventrale de l’embryon.  La membrane de fécondation se forme à partir de la membrane vitelline qui s'associe aux contenus des granules corticaux libérés par exocytose dans l’espace périvitellin.  Des remaniements cytoplasmiques entraînent la bascule de la couche pigmentaire de 30° vers le point d’entrée du spermatozoïde, laissant derrière elle une traînée grise en forme de croissant appelé croissant gris qui marque la future région dorsale de l’embryon. Ce mouvement de rotation, appelé rotation de symétrisation, a permis l’acquisition précoce du plan de symétrie bilatérale passant par le milieu du croissant gris et le lieu de pénétration du spermatozoïde. Figure 12- Aspect externe de l'œuf fécondé d'oursin 20  Figure 13- Coupe axiale d'un ovocyte et longitudinale d'un œuf fécondé de crapaud  Le plan de symétrie bilatérale est défini comme suit: -L'axe céphalocaudal (antéropostérieur) correspond à l'axe de polarité de l'ovocyte; le pôle animal est à l'origine de la région céphalique et le pôle végétatif de la région caudale. -L'axe dorsoventral est défini par le croissant gris correspondant au futur dos et le point d'entrée du spermatozoïde correspond à la région ventrale. Conclusion: comparaison des oeufs Le tableau 3 permet de comparer les deux types d'œufs. Tableau 3- Comparaison de la fécondation et des œufs de l'oursin et du crapaud Caractère Œuf d'Oursin Œuf de Crapaud Ovule pondu Ovotide Ovocyte II Membranes Vitelline et gangue gélatineuse Vitelline et gangue gélatineuse Fécondation Externe dans l'eau de mer Externe dans l'eau douce Pigmentation de l'ovule Orangée uniforme Noire formant calotte animale Polarité axiale de l'ovule Non visible Visible grâce au pigment Pigmentation de l'œuf concentrée en ceinture sous- Basculée vers le point d'entrée du équatoriale spermatozoïde laissant du côté opposé un visualisation de la polarité axiale croissant gris Plan de symétrie Absent dans l'œuf Présent Vitellus Œuf oligolécithe Œuf hétérolécithe Anisotropie Visible à l'œuf Visible dès l'ovocyte II Le bleu marque les différences 1.2. Etude comparée des modalités de segmentation respective 1.2.1. Les étapes de la segmentation chez l'oursin (figure 14) 1. Les deux premiers plans de segmentation sont méridiens et perpendiculaires l’un à l’autre suivant l’axe de polarité donnant quatre blastomères égaux. 2. Le troisième plan est équatorial et donne huit blastomères égaux. 3. Le quatrième cycle de division est différent entre les deux hémisphères :  Dans l’hémisphère animal, le clivage méridien donne 8 blastomères égaux appelés mésomères. 21   Dans l’hémisphère végétatif, la division est latitudinale aboutissant à quatre macromères pigmentés car situés au niveau de la ceinture orangée, et quatre micromères situés dans pôle végétatif. 4. Les plans de division du cinquième cycle sont inversés entre les deux hémisphères :  Dans l’hémisphère animal, le plan est latitudinal et donne deux couches de huit mésomères dénommés An1 pour la couche supérieure et An2 pour la couche inférieure par référence au pôle animal.  Dans l’hémisphère végétatif, les plans de divisions sont méridiens donnant huit macromères pigmentés et huit micromères en position polaire. 5. Le sixième cycle de division aboutit au stade 64 blastomères où un plan latitudinal divise les macromères en deux couches Vg1 et Vg2 superposées. 6. Lorsque les divisions se succèdent, l’inégalité entre les blastomères s’atténue et les blastomères deviennent subégaux. 22  0h 2h 3h 4h 5h fécondation 1ère et 2ème Div. 3ème Div. 4ème Div. 5ème Div. 6ème Div. méridiennes équatoriale méridiennes latitudinale méridiennes 8 An1 16 An1 4 Bl. An 8 mésomères œuf 4 blastomères (Bl.) 8 An2 16 An2 égaux latitudinale méridiennes latitudinales 8 Vg1 4 macromères 8 macromères 4 Bl. Vg 8 Vg2 4 micromères 8 micromères 16 micromères ŒUF OLIGOLECITHE STADE 4 STADE 8 STADE 16 STADE 32 STADE 64 Figure 14- Œuf et différents stades de la segmentation chez l'oursin 23 7. Dès le stade 8 blastomères, le blastocoele commence à se creuser et les cellules deviennent du type épithélial unistratifié avec une lame basale du côté interne (figure 15). 8. A la mi-segmentation, apparaît une ciliature externe. L’embryon libère des enzymes dans l’espace périvitellin permettant la rupture des enveloppes protectrices et la libération d’une larve blastula sphérique nageuse (figure 15). Figure 15- Blastula d’oursin Conclusion: les caractéristiques de la segmentation de l'oursin L'œuf étant ologolécithe, la segmentation est rapide, holoblastique et subégale car elle donne des blastomères subégaux. Elle est radiaire car les plans de divisions sont méridiens ou latitudinaux. Les blastomères étant subégaux, ils s'agencent en une couche cellulaire uniforme autour d'un blastocoele grand (coeloblastula) et central (régulière). La blastula est donc une coeloblastula régulière (figure 15) 1.2.2. Les étapes de la segmentation chez le crapaud (figure 16) 1. Les deux premiers plans de segmentation sont méridiens et perpendiculaires l’un à l’autre suivant l’axe de polarité donnant quatre blastomères égaux. Le premier plan correspond au plan de symétrie bilatérale. 2. le troisième plan de division est latitudinal sus-équatorial à cause de la charge vitelline importante du côté végétatif, et donne quatre micromères pigmentés animaux et quatre macromères dépigmentés végétatifs. 3. les divisions se succèdent et aboutissent au bout de 24h environ, à une coeloblastula irrégulière (figure 17) où le blastocoele est déporté vers le pôle animal. Les cellules disposées en plusieurs couches définissent trois régions : celle des micromères pigmentés dans l’hémisphère animal, celle des macromères vitellins dépigmentés dans l’hémisphère végétatif et une région marginale au niveau péri-équatorial correspondant à l’emplacement du croissant gris. Parmi les cellules vitellines se différencient quelques cellules qui deviendront les cellules germinales (voir cours ségrégation du germen). Figure 16- Premières étapes de la segmentation 24  Figure 17- Blastula de xénope en coupe sagittale Conclusion: caractéristiques de la segmentation du crapaud L'œuf étant isolécithe, il est hétérolécithe, c'est-à-dire le vitellus n'est pas isolé du cytoplasme de l'embryon, mais forme un gradient vitellin végétatif. La répartition du vitellus dans tout le cytoplasme permet la segmentation totale. La formation du gradient ralentit les divisions dans l'hémisphère végétatif, ce qui donne une segmentation inégale à partir de la troisième division (figure 16). Les plans de division étant méridiens et latitudinaux caractérisent la segmentation radiaire. Les blastomères étant des macromères et des micromères. Le blastocoele reste grand et interne (coeloblastula), mais il est excentré par les macromères au pôle animal. La coeloblastula est donc irrégulière. Le tableau comparatif 4 récapitule les caractéristiques de la segmentation chez l'oursin et le crapaud Tableau 4- Comparaison de la segmentation chez l'oursin et le crapaud Caractère Oursin Crapaud Œuf Oligolécithe Hétérolécithe Divisions méridiennes et latitudinales Segmentation radiaire Segmentation radiaire Tout l'œuf se divise Segmentation totale Segmentation totale Diamètre des blastomères Subégaux: Segmentation subégale Inégaux: Segmentation inégale Blastocoele interne Coeloblastula Coeloblastula Disposition du blastocoele Centrale Excentré au pôle animal Type de blastula Coeloblastula régulière Coeloblastula irrégulière Le bleu marque les différences 1.3. Etude comparée entre leurs modalités de gastrulation 1.3.1. La gastrulation chez l'oursin Avant la gastrulation, le rythme des divisions ralentit, une touffe ciliaire apicale se forme au pôle animal, et la région végétative s’aplatit et s’épaissit formant la plaque végétative. Les mouvements de la gastrulation se succèdent comme suit (figure 18) :  Immigration des micromères à l’intérieur du blastocoele formant ainsi le mésenchyme primaire.  Embolie des Vg2 formant un tube correspondant à l’archentéron dont l’une des extrémités est aveugle et l’autre ouverte par le blastopore.  Entérocoelie des Vg2 du fond de l’archentéron en deux vésicules coelomiques qui s'étranglent et se localisent dans le blastocoele autour de l'archentéron. 25   Immigration de Vg2 du fond de l'archentéron formant le mésenchyme secondaire. Ainsi, la gastrula possède trois feuillets embryonnaires :  L’ectoderme formé par An1, An2 et Vg1 ;  L’endoderme formé par une partie des Vg2 ;  Le mésoderme formé par le mésenchyme primaire (micromères) et le mésenchyme secondaire (une partie des Vg2) et les vésicules coelomiques (une partie des Vg2). La présence de ces trois feuillets permet de classer l’oursin parmi les Triploblastiques. La présence du coelome le classe parmi les Coelomates. 6h 12 h 24 h 48 h immigration invagination formation organogenèse pluteus des micromères de l’endoderme du mésenchyme II Figure 18- Gastrulation et organogenèse chez l’oursin 1.3.2. La gastrulation chez le crapaud (figures 19, 20) Les mouvements gastruléens sont complexes chez les Amphibiens. Ils sont résumés dans la figure 18. Figure 19- Les mouvements de la gastrulation 1. Une encoche ou sillon sous-équatorial localisé dans la zone marginale dorsale à la base du croissant gris marque le début de la gastrulation. Elle correspond à la lèvre dorsale du blastopore, où un mouvement d’embolie des micromères commence et va s’étendre latéralement puis ventralement ; cet étalement est marqué morphologiquement par la progression de l’encoche latéralement donnant les lèvres latérales et ventralement formant la lèvre ventrale du blastopore. Cet anneau blastoporal enserre des cellules vitellines 26  formant une sorte de bouchon appelé pour cette raison bouchon vitellin. Les cellules qui subissent ce mouvement d’invagination prennent une forme de bouteille par des remaniements cytosquelettiques et sont nommées cellules en bouteille. 2. Progressivement, le bouchon vitellin sera internalisé par un mouvement d’épibolie des micromères du toit du blastocoele, fondateurs de l’ectoderme, qui recouvrent les macromères à destinée endodermiques. A la fin de l’épibolie, le blastopore n’est représenté que par une fente permettant l’ouverture de l’archentéron sur l’extérieur. 3. Les cellules profondes de la zone marginale dorsale subissent un mouvement d’involution ou d’enroulement du mésoderme de la manière d’un tapis roulant permettant la pénétration du mésoderme qui se déplace en direction du pôle animal. Une involution mésodermique ventrale et latérale est plus tardive. Le mésoderme invaginé subit progressivement un mouvement de divergence ou d’extension sous-ectodermique pour se rejoindre et former le feuillet mésodermique. 4. Lors de son involution, le mésoderme entraîne avec lui le matériel endodermique qui formera le toit de l’archentéron. Les cellules vitellines, s’invaginent passivement par recouvrement, refoulent dans leur mouvement le blastocoele vers le pôle animal et finissent par le rendre virtuel. Ces cellules forment le plancher de l’archentéron. Figure 20- Trois étapes de la gastrulation chez le xénope en coupe sagittale Conclusion L'œuf étant hétérlécithe et donnant par segmentation des macromères et des micromères. Les mouvements gastruléens sont en résumé:  l'embolie des micromères marginaux par involution formant le toit endodermique de l'archentéron et tout le mésoderme;  l'épibolie des macromères végétatifs donnant passivement le plancher endodermique de l'archentéron; Les Amphibiens sont ainsi des Triploblastiques constitués à la fin de la gastrulation par trois feuillets embryonnaires : 27   L’ectoderme se forme par un mouvement de convergence externe par multiplication des micromères du toit du blastocoele et recouvrement des macromères.  Le mésoderme se forme par un mouvement d’involution suivi d’un mouvement d’extension divergente sous-ectodermique des cellules profondes de la zone marginale.  L’endoderme est formé par : 1. La formation du blastopore par embolie des cellules en bouteille, 2. La formation du toit de l’archenthéron grâce au mouvement mésodermique, 3. La formation du plancher de l’archentéron par invagination passive des macromères vitellins. Conclusion à la gastrulation des Amphibiens (crapaud) et les Échinodermes (oursin) La comparaison entre Amphibiens et Oursin montre que les mouvements chez l'oursin ne comprennent pas d'épibolie contrairement à ceux du crapaud. Ceci s'explique par les blastomères tous de petit diamètre chez ces animaux et tous leurs mouvements actifs (embolie et immigration). Les macromères végétatifs du crapaud subissent seuls un mouvement passif d'épibolie à cause de leur lourdeur. Les deux animaux sont triploblastiques. Ils possèdent un archentéron entouré par l'endoderme et ouvert par un seul orifice, le blastopore ou anus embryonnaire. L'absence d'orifice buccal embryonnaire s'explique par la structure et l'origine de l'endoderme qui délimite le tube digestif embryonnaire. L'endoderme se forme toujours dans l'hémisphère végétatif, c'est-à-dire la zone qui a accumulé le plus de vitellus. Ce feuillet délimite l'archentéron et sert ainsi à nourrir directement l'embryon. 1.4. L'organogenèse 1.4.1. Chez l'oursin Un aplatissement latéral donnera la future zone ventrale (orale) de l’animal. Il s’y forme une dépression dite stomodéale (stmodéum= bouche) car elle se perce par un nouvel orifice, la bouche placée à l’extrémité de l’archentéron qui se courbe à ce niveau. Une bandelette ciliée entoure la dépression stomodéale ainsi formée. L’archentéron s’organise en trois régions, l’œsophage, l’estomac et l’intestin s’ouvrant à l’extérieur par le blastopore qui devient l’anus larvaire. Il se forme ainsi une larve intermédiaire appelée Dipleurula qui évoluera différemment suivant les classes d’Echinodermes (figure 21). Chez l’oursin, elle évolue en une larve Echinopluteus appelée couramment pluteus (figure 20). Au niveau de la dépression stomodéale, se forment quatre bras soutenus par des spicules calcaires élaborés à partir du mésenchyme primaire. La larve acquiert la forme d’une pyramide asymétrique à symétrie bilatérale; elle nage librement en tournant sur elle-même grâce à sa ciliature péribuccale. Ultérieurement, cette larve va subir une métamorphose profonde qui va donner à l’animal une symétrie radiaire d’ordre 5, caractéristique des Echinodermes. 28  Figure 21- Pluteus vue en coupe latérale Conclusion: devenir des feuillets embryonnaires et éclosion en larve pluteus L'organogenèse se réalise à partir des trois feuillets embryonnaires. 1) L'ectoderme donne l'épiderme et le système nerveux qui reste diffus dans l'épiderme, d'où le rangement des Échinodermes parmi les Epithélioneuriens (épithélio- neuriens). 2) L'endoderme évolue en tube digestif ouvert par l'anus dont l'origine est le blastopore et la bouche néoformée. Cette évolution blastoporale en anus a valu le rangement de l'oursin parmi les Deutérostomiens (deutéro= secondaire, stome= bouche: bouche néoformée). 3) Le mésoderme donne divers tissus:  Le mésenchyme primaire donne le squelette larvaire sous forme de spicules soutenant les bras de la larve.  Le mésenchyme secondaire évolue en appareil circulatoire et sang.  Les vésicules forment le coelome qui évolue en cavité générale. L'éclosion libère une larve qui subit une métamorphose permettant d'achever son développement. Ceci est dû à la pauvreté de l'œuf en vitellus insuffisant au développement direct. La larve a une symétrie bilatérale, alors que la métamorphose fait disparaitre cette symétrie et donne un animal à symétrie radiaire. Cette observation montre que tous les triploblastiques sont bilatériens même si la symétrie bilatérale disparait ultérieurement. 1.4.2. Chez le crapaud Dès la fin de la gastrulation commence l’organogenèse qui débute comme chez tous les Vertébrés par la neurulation permettant la mise en place du système nerveux à partir de l’ectoderme dorsal appelé neuroderme. a) La neurulation (figure 22) Le germe, jusque là sphérique, change de forme et s’allonge suivant l’axe antéro- postérieur. Il bascule en orientant sa région vitelline vers le bas. 29  Figure 22- La neurulation en vue externe et en coupe transversale  Un stade plaque neurale apparaît par aplatissement et épaississement des cellules ectodermiques placées au dessus du plafond de l’archentéron.  Un stade gouttière neurale succède par incurvation de la plaque neurale et soulèvement de ses bords latéraux en bourrelets neuraux délimitant une gouttière plus élargie du côté antérieur (futur encéphale) dessinant ainsi la forme d’une raquette de tennis.  Le stade tube neural fait suite par rapprochement des deux bourrelets neuraux et leur soudure dans le plan médiodorsal. Les orifices de ce tube ou neuropores antérieur et postérieur s’oblitèrent ultérieurement. Des cellules neuroectodermiques bordant le tube neural se détachent et forment les crêtes neurales participant à la formation de divers tissus. 30  L’ectoderme restant à la surface forme l’épiblaste ou épiderme à l’origine de la couche cutanée superficielle. Le stade ainsi formé s’appelle neurula. Parallèlement à la neurulation, d’autres structures se forment : b) La fragmentation du mésoderme (figures 22, 23)  La corde s’individualise à partir du mésoderme médiodorsal ;  Le mésoderme latéral commence sa fragmentation en somites dorsaux métamérisés progressivement de l’avant vers l’arrière et en lames latérales où le coelome commence à se creuser. Entre les somites et les lames latérales commence à s’individualiser antérieurement la zone de la pièce intermédiaire qui donnera le néphrotome métamérisé antéropostérieurement et destiné à différencier l’appareil urinaire. c) le stade bourgeon caudal (figure 23) L’achèvement de l’organogenèse se réalise par un modelage progressif du corps. Le corps s’allonge et se subdivise en trois régions : céphalique, troncale et caudale.  La queue s’est différenciée à partir d’un massif mésenchymateux postérieur et a permis de donner à ce stade le nom de bourgeon caudal.  La tête ébauche les yeux, les oreilles, la ventouse buccale typique des Anoures et qui permet la fixation du premier stade larvaire aux plantes. Le cerveau s’individualise en trois vésicules (prosencéphale, mésencéphale et rhombencéphale). Les ébauches des branchies apparaissent à la jonction troncale.  Le tronc montre dorsalement la métamérie somitique, et ventralement le tube digestif renflé à cause de la présence du vitellus. Entre les deux zones on peut remarquer la présence du rein primitif ou pronéphros. La limite postérieure du tronc est marquée par l’ouverture anale récente. Les lames latérales se creusent par le coelome délimité par la somatopleure sous l’ectoderme et la splanchnopleure autour de l’endoderme. Cette dernière participera à la formation de l’appareil circulatoire. La somatopleure participera à la construction des crêtes génitales, futures gonades. Figure 23- Stade bourgeon caudal 31 Conclusion: devenir des feuillets embryonnaires et éclosion en stade larvaire Le crapaud est Triploblastique Bilatérien Coelomate. Il est Deutérostomien car la bouche est néoformée. Il possède un système nerveux dorsal, d’où son classement parmi les Epineuriens. Il possède une corde dorsale: c'est un Cordé. Les feuillets embryonnaires ont les mêmes devenirs que ceux de l'oursin et de tous les animaux avec une complexification plus poussée chez les Amphibiens (figure 24). Ainsi: 1) L'ectoderme donne deux appareils principaux: l'épiderme cutané et le système nerveux ainsi que les organes de sens. 2) L'endoderme donne deux appareils principaux: l'épithélium digestif et celui de l'appareil respiratoire. 3) Le mésoderme donne le reste des organes:  La corde forme le squelette axial primitif  Les somites sont à l'origine du squelette, des muscles volontaires et du derme.  Le nephrotome donne l'appareil urinaire et participe à la formation de l'appareil génital.  Les lames latérales délimitent la cavité générale par le splanchnopleure autour des organes et le somatopleure en contact avec l'épiderme. Ce somatopleure est à l'origine d'une grande partie de l'appareil génital. Figure 24- Devenir des feuillets embryonnaires chez les animaux 32  L’éclosion libère une larve menant encore une vie embryonnaire sans yeux ni bouche fonctionnelle fixée par sa ventouse aux plantes et se nourrissant par le reste de ses réserves vitellines. Peu après elle deviendra un têtard libre herbivore ressemblant à un poisson qui respire à l’aide de branchies et nage à l’aide d’une nageoire caudale. La métamorphose donnera la grenouille. Le développement indirect du crapaud et de tous les Amphibiens est dû à la charge vitelline de l'œuf insuffisante au développement direct. 2. Exemple 2: œuf alécithe de Mammifère, œuf télolécithe d’Oiseau (3h) Les Oiseaux, les Reptiles et les Mammifères sont des Vertébrés terrestres appelés Amniotes par opposition aux Vertébrés aquatiques (les Poissons) et amphibies (les Amphibiens) appelés Anamniotes. Le milieu de vie terrestre présente des contraintes au développement embryonnaires, dont la plus importante est la déshydratation. Ce qui explique la présence chez ces animaux d'annexes embryonnaires dont l’amnios (voir plus loin) qui sont apparues chez l’embryon au cours de son développement et ont permis leur indépendance vis-à-vis du milieu terrestre. Les Reptiles sont des Vertébrés poecilothermes à température variable aussi bien pour l'adulte que pour l'embryon. Ce qui est contraire chez les Oiseaux et les Mammifères qui sont homéothermes. Chez les Mammifères la viviparité permet le maintien de la température constante. Grâce à la couvaison, les Oiseaux ovipares incubent leurs œufs et assurent le maintien de la température au voisinage de 38°C. Le développement des Oiseaux et des Reptiles se ressemblent. Nous allons prendre un exemple plus facile à élever, celui du poulet Gallus domesticus pour suivre les caractéristiques de leur embryogenèse. L'exemple de Mammifère qui sera étudié est l'Homme Homo sapiens. 2.1. Comparaison entre les deux types d’œufs 2.1.1- L’œuf de poulet 2.1.1.1.- Dans l’ovaire Chez la majorité des Oiseaux femelles, seuls subsistent l’ovaire et le conduit génital gauche. Les ovocytes I entourés par une membrane vitelline subissent une phase d’accroissement considérable due à des dépôts concentriques de vitellus suivant un rythme nycthéméral (vitellus protéique blanc pendant la nuit et lipidique pigmenté jaune pendant le jour). Ce dépôt de vitellus a refoulé une partie du cytoplasme avec le noyau vers le pôle animal pour constituer la vésicule germinative ou cicatricule. L’ovocyte ainsi formé est du type télolécithe (figure 25). Après la phase d’accroissement, l’ovocyte I commence sa maturation pour donner un ovocyte II bloqué, comme chez tous les Vertébrés en métaphase de 2ème division méiotique ayant émis son premier globule polaire (figure 26). 2.1.1.2- Dans l’oviducte L’ovocyte II fécondé achève sa maturation en libérant son 2ème globule polaire et s’entoure au cours de sa descente par les différentes couches suivantes (figures 25, 26) :  Dans le magnum, partie supérieure de l’oviducte, se dépose le blanc ou albumen dont la couche la plus interne constitue la membrane chalazifère qui formera les chalazes permettant la suspension de l’œuf dans l’albumen. 33   Dans l’isthme, une double membrane coquillière est synthétisée autour de l’albumen. Au niveau du gros bout de l’œuf, ces deux membranes sont séparées par la chambre à air.  Les sécrétions de l’utérus permettent l’hydratation de l’œuf au niveau de son albumen et le dépôt de la coquille poreuse, couche protectrice imprégnée de calcaire. L’ovocyte ainsi protégé par ces différentes membranes tertiaires devient armé contre les aléas du milieu terrestre surtout la déshydratation. Figure 25- Appareil génital femelle de poule et transit de l’œuf (Biologie, 6ème Bordas) Figure 26- Organisation de l’œuf de poule 2.1.2- L’œuf humain  Dans l’ovaire des Mammifères pubères, l’ovocyte II bloqué en métaphase de 2ème division méiotique est de type alécithe entouré par la zone pellucide, la corona radiata, la granulosa, couche de cellules folliculaires creusée par l’antrum ou cavité folliculaire. Le tout est entouré par les thèques interne et externe pour former des follicules mûrs ou de De Graaf (figure 27).  Au niveau du pavillon de l’oviducte, l’ovocyte est recueilli avec sa zone pellucide, sa corona radiata et une partie de sa granulosa (le cumulus oophorus). La fécondation au niveau de la trompe permet l’achèvement de la méiose. 34  Figure 27- Développement des follicules ovariens des Mammifères Conclusion * Chez tous les Vertébrés l’ovocyte est bloqué au stade métaphase II de l’ovocyte II ayant subi la première division de maturation et c'est la fécondation qui achèvera cette méiose; sinon, il dégénère. * L’œuf des Oiseaux est télolécithe et montre une polarité axiale à cause de sa richesse en vitellus, la cicatricule se place au pôle animal et la face dorsale est externe par rapport à la face ventrale en contact du vitellus. L’œuf de Mammifères est alécithe sans polarité axiale. A la place de la membrane vitelline, il possède une coque plus robuste la zone pellucide. * Le développement des Oiseaux est essentiellement externe terrestre ce qui explique la protection de leurs œufs par plusieurs membranes tertiaires (albumen, membranes coquillères et coquille. L’œuf de Mammifères à développement interne n’est pas protégé car il est protégé dans l’utérus. * Les Oiseaux et les Mammifères sont homéothermes. Cette température constante est respectée dans l’œuf par la viviparité chez les Mammifères et la couvaison chez les Oiseaux. 35  2.2. Comparaison entre les deux types de segmentation 2.2.1- Chez le poulet La segmentation, se réalise dans l’utérus ; elle est radiaire partielle, discoïdale localisée dans la cicatricule ou disque germinatif. Les plans de divisions se succèdent comme suit : 1er plan méridien ; 2ème plan méridien perpendiculaire au premier ; 3èmes plans parallèles de par et d’autre du 1er plan ; 4ème plan latitudinal perpendiculaire à tous les plans précédents. Les divisions se multiplient pour donner un blastoderme ou blastula primaire. Celle-ci évoluera en blastula secondaire didermique. 2.2.1.1- La blastula primaire Elle est constituée (figure 28) :  D’une aire pellucide centrale C’est une couche pluristratifiée de cellules sphériques centrales surplombant une cavité sous-germinative appelée blastocoele primaire dont le plancher est formé de cellules à contours mal délimités au contact de la masse vitelline.  D’une aire opaque périphérique Elle est formée par plusieurs assises de cellules marginales qu’on peut subdiviser en : 1. Cellules bien délimitées formant :  un rempart germinatif au contact des cellules centrales de l’aire pellucide et,  une zone de recouvrement qui est située aux limites externes du disque et siège d’une activité mitotique intense. 2. Cellules mal délimitées au contact du vitellus constituant une zone de jonction syncytiale. Figure 28- Coupe au niveau de la blastula primaire 2.2.1.2- La blastula secondaire Une blastula secondaire didermique succède à la blastula primaire peu de temps avant la ponte ; elle se forme en deux étapes :  1ère étape Les cellules de l’aire pellucide subissent une délamination et une migration de cellules dans le blastocoele primaire; elles forment l’hypoblaste primaire qui marque le ventre de l’embryon opposé à la majorité des cellules qui restent en surface et forment l’épiblaste ou ectophylle qui marque le dos de l’embryon.  2ème étape Quelques cellules d’un des côtés de l’aire opaque subissent une migration pour rejoindre l’hypoblaste primaire devenant ainsi l’hypoblaste secondaire. Le côté de la migration constitue le futur côté postérieur de l’embryon. A la fin de la segmentation, l’embryon a ainsi acquis en plus de son axe de symétrie, dorsoventral , ses axes antéropostérieur et médiolatéral. 36  Il comprend (figure 29):  Un ectophylle ou épiblaste externe qui est la seule structure organogène du futur embryon;  Un blastocoele secondaire situé sous l’ectophylle;  Un hypoblaste qui participera à la formation d’une des annexes embryonnaires : la vésicule vitelline;  L’archentéron primaire sous l’hypoblaste et au contact direct avec la masse vitelline. Figure 29- Coupe sagittale d’une blastula secondaire 2.2.2. Chez l’Homme La segmentation est totale holoblastique mais lente et asynchrone. Elle est rotationnelle (voir cours antérieur). Elle s’effectue durant le transit de l’œuf dans l’oviducte (figure 30). La corona radiata se désagrège rapidement. La segmentation se forme comme chez les Oiseaux en deux étapes: 2.2.2.1. La blastula primaire 1. Au stade 8 blastomères, il s’établit le phénomène de compaction caractéristique des seuls Mammifères. Il est caractérisé par l’accolement étroit des blastomères grâce à des jonctions cellulaires qui rendent les limites cellulaires difficilement observables. 2. Dès le stade 16 blastomères, les cellules de la morula se séparent :  Les cellules en position externe forment une couche épithéliale externe, le trophoblaste ou trophectoderme possédant une fonction trophique. Il assurera l’implantation du germe dans la paroi utérine et sera à l’origine de la partie embryonnaire (chorion) du placenta. Le trophectoderme est creusé du blastocoele.  Quelques cellules centrales constituent la masse interne appelée bouton embryonnaire qui regroupe les territoires organogènes de l’embryon. Ce bouton est localisé de façon excentrique sous un côté du trophoblaste, le trophoblaste polaire, région qui permettra l’implantation du blastocyste. Le dos du futur embryon est au contact du trophoblaste. A ce stade de la segmentation, l’embryon ainsi formé porte le nom de blastocyste ou blastula primaire (figure 30). Il correspond au blastoderme primaire des Oiseaux. 2.2.2.2. La blastula secondaire Parvenu dans la lumière de l’utérus, il se dégage de la zone pellucide qui l’enveloppe et commence son implantation ou nidation dans la paroi utérine, étape sans laquelle le développement ne peut pas continuer (figure 30). Parallèlement, l'hypoblaste extraembryonnaire se forme sous le bouton embryonnaire comme chez les Oiseaux. L'embryon à cette fin de segmentation devient ainsi un blastocyste secondaire didermique constitué (figure 31):  d'un ectophylle organogène,  d'un hypoblaste futur vésicule vitelline et,  d'un trophoblaste. 37  En même temps, il commence la formation d’une de ses annexes embryonnaires, l’amnios par amniogenèse et d'une deuxième annexe le lécithocoele (voir annexes embryonnaires). Figure 30- Segmentation de l’œuf humain et début de nidation Figure 31- La blastula secondaire, l'Amniogenèse et le début de la nidation Conclusion : Importance des annexes embryonnaires * La segmentation est différente entre Oiseaux et Mammifères à cause de leurs œufs différents : elle est radiaire, partielle chez les Oiseaux ; rotationnelle, totale chez les Mammifères. Mais, le résultat primaire est sensiblement semblable : un blastodisque ou blastoderme formé d’un bouton embryonnaire surmontant la masse vitelline et polarisé dorsoventralement chez les Oiseaux; un blastocycte formé par un bouton embryonnaire surmontant le blastocoele, entouré par le trophoblaste et polarisé dorsoventralement chez les Mammifères. * Chez les deux groupes, cette blastula dite primaire monodermique évolue en blastula secondaire didermique constituée de l’ectophylle externe origine de tout l’embryon et d’un hypoblaste au contact du vitellus chez les Oiseaux et du lécithocoele des Mammifères et à l’origine d’une des annexes embryonnaires la vésicule vitelline. L’embryon ainsi formé a acquis sa symétrie bilatérale, le pôle de migration de l’hypoblaste constituant l’arrière de l’embryon. * Deux différences existent seulement dans la blastula des Mammifères : la nidation par la formation du placenta et l’amniogenèse très précoce. Les Oiseaux, ayant un œuf très riche en vitellus, n’ont pas de placenta, et leur Amniogenèse s’établit pendant l’organogenèse car ils possèdent l’albumen protégeant l’embryon. 38  2.3. Comparaison de la gastrulation 2.3.1- Chez le poulet Le blastoderme s'allonge antéropostérieurement par une convergence des cellules de l'ectophylle vers l'arrière et acquiert la forme d'une raquette de tennis. La carte de ses territoires futurs feuillets embryonnaires est représentée dans la figure 32. Figure 32- Carte des territoires des trois feuillets du poulet Ces territoires subissent les mouvements morphogénétiques suivants (figures 33, 34):  Immigration du matériel endodermique embryonnaires et du matériel mésodermique extraembryonnaire: Les cellules endodermiques, ébauches de la paroi digestive, s’insèrent dans l’hypoblaste en le repoussant latéralement jusqu’au niveau de l’aire extraembryonnaire. En même temps, latéralement immigrent le mésoderme extraembryonnaire.  Apparition d’une dépression longitudinale médiodorsale appelée ligne primitive présentant antérieurement le nœud de Hensen: Ce dernier est homologue à la lèvre dorsale du blastopore des Amphibiens alors que la ligne primitive est homologue aux lèvres latérales du blastopore. Cette ligne est donc le siège d’un mouvement d’invagination par involution du matériel cordomésoblastique embryonnaire qui va s’insérer entre la couche épiblastique et le feuillet interne (hypoblaste/endoderme). Par un mouvement de divergence interne, ce mésoderme s’accole par le matériel des lames latérales au mésoderme extraembryonnaire. En avant du nœud de Hensen on peut observer par transparence, un épaississement appelé prolongement céphalique correspondant au mésoderme chordal et préchordal invaginé à ce niveau. L’installation progressive du matériel mésodermique axial de l’avant vers l’arrière entraîne le recul progressif de la ligne primitive. Figure 33- Gastrulation : convergence et formation de la ligne primitive (vue dorsale) 39 Figure 34- Immigration de l’endoderme et Involution du mésoderme (coupe transversale) La figure 35 ci-dessous récapitule les étapes de la gastrulation et des autres étapes du développement embryonnaire chez le Poulet. Descente ovocytaire dans l’oviducte Fécondation 5 heures Début de segmentation 20 heures Ponte de l’œuf Début de l’incubation 23/25 Heures 2H d’incubation Fin de segmentation Début de gastrulation 1 somite 40/45 heures 20H d’incubation Début de la neurulation 13 somites 48/52 heures 28H d’incubation Fin de la gastrulation 30H Début de formation de l’amnios 19 somites 40H Vésicule vitelline vascularisée 51/68 heures 44H d’incubation Fin de la neurulation 40 somites 68/72 heures 60H Début de formation de l’allantoïde Figure 35- Temps des étapes de développement de Gallus domesticus (38°C) Cette figure montre que les différentes étapes ne sont pas séparées les unes des autres. Elles se chevauchent car la gastrulation commence vers l'avant et se poursuit vers l'arrière. Lorsque cette gastrulation est achevée en avant, l'étape suivante c'est-à-dire l'organogenèse 40 (Neurulation) démarre également plus tôt vers l'avant. Elle pousse le blastopore vers l'arrière et rétrécie ainsi la ligne primitive à un petit pore futur anus. Les annexes extra-embryonnaires commencent à se former à la fin de la gastrulation. 2.3.2- Chez l’Homme La gastrulation est comparable à celle des Sauropsidés (Oiseaux et Reptiles). Elle se manifeste par l'élongation antéropostérieure du bouton embryonnaire et l’apparition de la ligne primitive à la surface de l’ectophylle, avec sa région antérieure, le nœud de Hensen (figure 36). Le mouvement (1) correspond à la formation du mésoderme axial ; alors que (2) et (3) correspondent à la mise en place du mésoderme latéral (2) et caudal (3) (figure 35). L’endoderme embryonnaire s’installe de la même façon que chez les Oiseaux. Parallèlement, la paroi postéro-supérieure du lécithocoele émet un diverticule, l’allantoïde qui s’insère dans la base du pédicule embryonnaire. Figure 36- Les mouvements de la gastrulation chez l’Homme (vue dorsale du bouton embryonnaire) La figure 37 résume les étapes du développement et du devenir des feuillets embryonnaires Blastocyste Trophectoderme Bouton embryonnaire Ectoderme extraembryonnaire (amnios) Ectophylle embryonnaire Hypoblaste Epiblaste Ectoderme embryonnaire embryonnaire Endoderme Mésoderme extraembryonnaire du lécithocoele Ligne primitive Mésoderme embryonnaire Endoderme de l’allantoïde Endoderme embryonnaire Figure 37- Carte du devenir des feuillets de l’embryon des Mammifères 41 Conclusion La gastrulation est semblable chez les Oiseaux et les Mammifères et aboutit à l’installation des feuillets embryonnaires prolongés extérieurement par les feuillets extra- embryonnaires. Les mouvements sont principalement : l’immigration du matériel endodermique et l’involution du matériel cordo-mésoblastique à partir de la ligne primitive qui est homologue du blastopore des Amphibiens, dont la lèvre dorsale correspond au nœud de Hensen chez les Amniotes. Une différence avec les Amphibiens, est la formation parallèle d'annexes embryonnaires nécessaires au développement embryonnaire. 2.4. Début de l’organogenèse 2.4.1- Chez le poulet Il se produit comme chez les Amphibiens, la neurulation et la mésodermisation 2.4.1.1. La Neurulation Elle suit les mêmes étapes chez tous les vertébrés :  épaississement de l’épiblaste dorsal en avant de la ligne primitive en plaque neurale;  soulèvement des deux bords de la plaque donnant une gouttière neurale;  soudure des deux bords de la gouttière donnant un tube neural. Alors que la région postérieure est encore en gastrulation, en avant du nœud de Hensen, l’ectoderme s’épaissit en plaque neurale (prolongement céphalique) à partir de la 20ème heure d’incubation qui se borde de deux bourrelets neuraux (figure 38, 39), qui en se rapprochant progressivement l’un de l’autre, permettent la formation de la gouttière neurale succédée par le tube neural. Cette neurulation se poursuit progressivement vers l’arrière en poussant la ligne primitive et en rétrécissant le blastopore. Figure 38- Organogenèse et recul de la ligne primitive 2.4.1.2. La différenciation du mésoderme ou mésodermisation Elle est également semblable à celle des Amphibiens (figure 39) :  Différenciation dorsoventrale du mésoderme en corde, somites, néphrotome, lames latérales et mésoderme ventral. Les lames latérales se creusent de vésicules coelomiques qui restent en contact dans la ligne médiodorsale par le mésentère et sont délimitées latéralement par la splanchnopleure autour des organes axiaux et par la somatopleure au contact interne de l'ectoderme.  Métamérisation antéropostérieure des somites et du néphrotome. 42  Vers la 21ème heure le mésoderme paraxial donne la première paire de somites (figure 38). Toutes les heures et demi environ, s’ajoute une paire de somites. Les somites se subdivisent en sclérotome, myotome et dermatome. Figure 39- Organogenèse chez le poulet Plusieurs coupes transversales de l'embryon en vue dorsale montrent la progression de l'organogenèse antéropostérieurement. Contrairement aux Amphibiens où la segmentation et la gastrulation intéresse tout l’embryon, chez les Oiseaux, la gastrulation forme au début les feuillets embryonnaires uniquement du côté de la face dorsale, la face ventrale étant accolée au vitellus. Un peu plus tard, la face ventrale se forme progressivement par le soulèvement de l’embryon de sa masse vitelline permettant le repliement progressif d’abord antérieur (repli céphalique 43 accompagné du repliement de l’endoderme entraînant l’apparition de l’int