L’induction :
Pour les cellules comme pour les
ordinateurs, la mémoire permet de réaliser des programmes complexes, un
ensemble de nombreuses cellules, chacune suivant un programme de contrôle du
développement, engendre un organisme complexe (complet).
Certaines étapes par lesquelles
passent les cellules au cours du développement, sont autonomes alors que
d’autres sont sensibles à des signaux provenant des cellules voisines.
Chaque cellule contient le même
génome et par conséquent le même programme de construction, mais peut exister
dans une grande variété d’états.
L’induction est le processus
suivant lequel le mode de différenciation d’un tissu donné, est contrôlé par
l’influence d’un autre tissu en contact étroit avec elles.
Les premières orientent ainsi la
différenciation ultérieure des secondes, en influençant le choix des gènes à
activer.
L’induction concerne un groupe de
cellules dont le devenir est fixé de manière
irréversible. C'est-à-dire que dans l’induction, un tissu induit ne peut
plus devenir un tissu indifférencié, ce qui veut dire que son devenir prochain
et futur est fixé même s’il n’est pas encore observé (les cellules dans
l’embryon se ressemblent, ce n’est que pas la suite qu’elles vont se
différencier les unes des autres).
Le territoire endodermique par
exemple secrète des molécules inductrices dans le milieu extérieur (facteur de
croissance : le TGF et le FGF) qui vont jouer sur des cellules réceptrices,
dites compétentes
Ce sont les cellules de
l’ectoderme : elles réagissent à un signal inducteur, et deviennent
déterminées (formation du mésoderme)
Il existe 3 modes de
communication cellulaire :
Emetteur message 1 Receveur message 2
L’émetteur passe le message 1 à
un receveur qui va donner le message 2 : On passe d’une cellule émettrice
d’une information (un signal inducteur : le message c’est l’induction) qui
se transfert vers la cellule réceptrice (compétente et capable de répondre au
signal transmit). Le récepteur va émettre un 2ème message qui va
passer du cytoplasme vers le noyau pour activer les gènes adéquats et inactiver
les autres gènes.
Donc, cette induction est sous le
contrôle du système suivant (qui est indispensable pour toute induction durant
l’embryogenèse) :
-
Diffusion
-
Contact direct
-
Jonction communicante
Pour résumer, on a la
transmission d’un facteur (message inducteur) qui va être capté par les
récepteurs membranaires qui se trouvent dans la membrane plasmique (ce sont en
général des glycoprotéines transmembranaires) qui vont l’induire par le moyen du cytosquelette vers
le noyau où vont s’activer les gènes indispensables.
I – L’induction neurogène :
La formation des structures
neurales, à partir de l’ectoderme est sous l’action inductrice exercée par le
mésoderme sous-jacent.
Les expériences d’embryologie
expérimentale de Spemann (transplantation de la lèvre du blastopore des
amphibiens) ont mené à la découverte du phénomène d’induction
embryonnaire, et donc l’importante de la
communication entre cellules et tissus au cours du développement
Ø Spemann et Mangold 1924 – Prix Nobel
1935 – Greffe de la LDB
-
La greffe de la LDB au
niveau de la région ventrale d’une jeune gastrula permet d’induire la formation
d’un second blastopore au niveau duquel se déroule l’ensemble des processus de
gastrulation.
L’ensemble des
processus de gastrulation-neurulation et donne lieu à la fixation d’un second
axe A/P-D/V, ceci indique l’importance de la région de la lèvre dorsale du
blastopore de l’embryon.
On prend 2 tritons
(l’un tacheté et l’autre non tacheté),
et on prélève la LDB d’un triton et on la greffe du côté ventrale de l’autre
(normalement, la LDB se trouve du côté dorsale). Après ceci, on suit le
développement embryonnaire : il n’y a pas de neurogène et l’embryon va se
trouver avec 2 tubes neurales (Donc la transplantation de la LDB a induit la
formation d’un second tube neural et donc d’un second embryon).
-
La 2ème
expérience (chez le Caperon): contact entre cellule de l’organisateur de
Spemann et ectoderme sous-jacent ?
Œuf du triton
en solution hypertonique (empêche l’invagination lors de la gastrulation)
Endoderme et
mésoderme forment exo-gastrula.
En l’absence
de contact entre mésoderme inducteur et ectoderme, il n’y a pas d’induction
neurale.
C’est une
expérience pour montrer est-ce qu’il y a un moyen d’induction neurogène ou pas.
On va prendre un embryon à qui on va enlever l’enveloppe qui l’entoure et qu’on
appelle la pente (ou le chorion), et on va inverser cet embryon du fait que le
pôle animal sera en bas et le pôle végétatif en haut. On constate que la
gastrulation n’a pas eu lieu normalement et qu’également l’induction neurale
n’a pas eu lieu parce que, tout simplement, le contact indispensable entre le
mésoderme ou la LDB et la partie de l’ectoderme est manqué à cause de l’inversion
de l’embryon. Donc, on va avoir une masse plus ou moins amorphe vers le haut
(exo-gastrula) avec des structures vers le bas (qui sont de l’endoderme, du
mésenchyme, de la chorde, des structures somatiques …) qui sont déjà déterminés
et qui vont donner la partie normale.
L’induction neurogène (l’induction
du tube neural) est sous le contrôle de la lèvre dorsale du blastopore (le
centre organisateur de Spemann), et donc du mésoderme qui va agir au niveau des
cellules ectodermiques qui se trouvent dans des situations de compétence
(capable de répondre aux signaux).
Une fois qu’on a démontré
l’importance de la lèvre dorsale du blastopore au cours de l’induction
neurogène, on l’a appelé le Centre Organisateur de Spemann (Dans n’importe quel
livre, ce terme détermine la LDB).
La LDB est un remaniement qui se
forme pendant la fécondation et qui donne des cellules qui contiennent des
morphogènes (facteurs inducteurs) qui vont par la suite organiser le
développement embryonnaire. En empêchant la rotation du cortex au moment de la
fécondation, il n’y aura pas de croissant gris et donc pas de lèvre dorsale du
blastopore et puis inexistence de gastrulation (On peut avoir une blastula mais
on ne peut pas avoir de LDB et donc pas de développement embryonnaire).
On a vu ce qui concerne les
Amphibiens. Chez les oiseaux et les mammifères, le centre organisateur induit
la formation du tissu nerveux au niveau de l’ectoderme.
Ce qu’on a essayé de voir et de
comprendre c’est ce qu’il faut obligatoirement qu’il y ait un contact étroit
entre les cellules inductrices et les cellules compétentes : Donc est-ce
qu’il faut y avoir un contact entre le centre organisateur et le tissu
induit ?
L’expérience de Heltfreter montre
qu’il faut bien un contact entre le tissu inducteur et le tissu induit
(cellules compétentes et cellules inductrices) pour qu’il y ait induction
neurogène. Il n’y a pas de formation de tube neural en l’absence de ce contact.
L’ectoderme dans le cas de
l’exo-gastrula ne se différencie pas en l’absence du contact avec le mésoderme,
et donc pas d’éléments nerveux : pas de formation de tube neural. L’expérience
de l’exo-gastrula montre également que si le mésoblaste (de cette exo-gastrula)
est greffé à côté d’un ectoblaste, on constate qu’il y a formation nerveuse, ce
qui veut dire que ce n’est pas le mésoderme qui a perdu son pouvoir inducteur,
mais c’est le contact qui ne se réalise pas qui cause l’absence de formation du
tissu nerveux.
Donc, Il y a obligatoirement
nécessité de contact entre le tissu inducteur et le tissu induit. Maintenant,
est-ce qu’il y a une limite du pouvoir inducteur dans le temps ?
Ø Limites du pouvoir inducteur dans le
temps :
Le territoire cordo-mésodermique
ne devient inducteur que pendant la gastrulation. S’il est prélevé sur une blastula
âgée et même sur une très jeune gastrula (capacité inductrice de la LDB), on
constate qu’il n’y a pas encore de capacité d’induction.
Pendant la gastrulation, les
capacités inductrices des tissus au niveau de la lèvre dorsale du blastopore
varient. Celle-ci est en effet un ‘’lieu géométrique’’ ou défilent
successivement tous les tissus du mésoderme dorsal. Suivant qu’on prélève la
lèvre dorsale précocement ou tardivement, sa composition sera différente et, si
elle est greffée, elle sera capable d’induire la totalité du névraxe ou des
régions de plus en plus postérieures.
Après la gastrulation, le
territoire cordal reste inducteur jusqu'à là fin de la neurulation, même après avoir
exercé son action inductrice.
Donc il y a une limite dans le
temps, l’inducteur ne fonctionne pas à n’importe quel moment et ne le reste pas
indéfiniment. Donc le temps du message qui passe entre la cellule inductrice et
la cellule induite est indispensable.
La réponse
n’est pas immédiate, il y a limite dans le temps du fait qu’il y a captation
par les glycoprotéines transmembranaires et passage par le cytosquelette et,
sous forme d’AMPc, il y a pénétration à l’intérieur du noyau pour l’activation
des gènes indispensables .. et ce n’est que par la suite qu’on aura une réponse
qui entraine la détermination du tissu induit (N.B : La détermination est
irréversible).
Il
faut un certain temps pour qu’une cellule déterminée devienne cellule
inductrice à son tour. L’induction est valable pour un certain temps donné, les
cellules perdent leurs pouvoir inducteur dès qu’une induction donnée s’est
réalisée.
Ø Limites dans l’espace :
On peut préciser les limites dans
l’espace grâce aux méthodes d’implantation des fragments à tester dans le
blastocœle d’une blastula âgée. Le fragment se trouvera coincé au moment de la
gastrulation entre épiblaste et plancher de l’archentéron. S’il peut provoquer
une induction neurogène, il se différenciera une plaque nerveuse secondaire
dans l’ectoblaste.
On montre aussi que le centre
organisateur correspond au territoire de la corde, des somites et de la plaque
précordale, c'est-à-dire des tissus qui, dans la gastrula, forment le toit de
l’archentéron.
Le contact d’un tissu avec un
inducteur peut permettre la transmission des potentialités inductrices :
la plaque neurale devient elle-même inductrice et, implantée dans le blastocœle
d’une jeune gastrula, elle induit des différenciations nerveuses. Il y a
transmission du pouvoir inducteur de la cellule inductrice vers la cellule
compétente, ce pouvoir qui va entraîner une cascade d’informations d’un tissu à
l’autre.
Ø Régulation à l’intérieur du centre
organisateur :
Une partie de ce territoire
suffit pour donner un embryon harmonieux. C’est ce qui permet la formation
d’embryons normaux à partir de demi-gastrulas.
Ø Spécificité des inducteurs :
Il n’y a pas de spécificité
zoologique. Après implantation d’une lèvre dorsale d’une espèce d’Amphibien
dans le blastocœle d’une blastula d’autres espèces, elle induit la formation
d’un second système nerveux, mais les formations mésodermiques greffées ne se
combinent pas à celles de l’hôte (l’individu receveur) qui élabore les siennes
propres. Les échecs sont cependant d’autant plus importants que les espèces
sont éloignées (parfois, les échecs sont totales si les espèces sont très
éloignées).
Ce qu’il
faut retenir en ce qui concerne l’induction c’est :
-
Le
contact entre les cellules inductrices et induites est indispensable
-
La
limite dans le temps
-
La
limite dans l’espace
-
Pas
de spécificité inductrice
La question qui se pose par la
suite c’est : La différenciation neurale surnuméraire observée dans les
conditions de l’expérience de Spemann, est-ce qu’elle ne résulte pas de la
migration des cellules originaires du neuroblaste présomptif dorsal ?
On sait que les mouvements
cellulaires à la gastrulation ne sont pas aussi ordonnés qu’ils y apparaissent et
que les migrations apparemment anarchiques –qui ne sont pas aussi ordonnées- sont
possibles.
Suite à des expériences réalisées
par Slack (1984), avec utilisation de colorants influorescents non diffusibles (qui restent dans le greffon
et ne diffusent pas à son milieu extérieur), on a montré que les cellules de
tube nerveux secondaire sont bien originaires de l’ectoblaste ventral.
L’expérience consiste à injecter le colorant dans la région ventral d’une très
jeune gastrula destinée à former l’épiderme. Un centre organisateur est greffé
en position ventrale, le tube neural formé est constitué de cellules
fluorescentes.
II- les mécanismes de l’induction :
-
La compétence du tissu
cible
-
Les modalités de la
transmission de l’inducteur
Dans toute induction, il y a 2
types de tissus :
-
Tissu émetteur
d’information : tissu inducteur
-
Tissu receveur : tissu
cible ou réacteur
Ø La notion de compétence :
Un tissu embryonnaire
indifférencié mis en contact avec un tissu inducteur ne peut se différencier
que s’il se trouve dans un état physiologique le rendant capable de répondre
par des différenciations spécifiques aux signaux émis par l’inducteur, c'est-à-dire
qu’il doit être ‘’compétent’’ vis-à-vis de cet inducteur. En ce qui concerne
l’induction neurogène, c’est le cas par exemple de l’ectoderme qui devient
tissu nerveux au début de la gastrula, seule sa région dorsale est totalement
induite, la partie ventrale peut aussi répondre à une induction. Toutefois, on
pense que le facteur neuralisant présent dans le mésoderme, est aussi dans
l’ectoderme sous forme masquée, et une stimulation spécifique le transformera
en forme active après qu’il était libéré des structures cytoplasmiques qui le
lient.
Donc la compétence ou la réponse
d’un tissu à une induction doit se trouver dans des situations physiologiques
permettant de répondre à cette induction et de devenir actif pour une
différenciation spécifique. Les expériences qui ont été réalisées ont montré
que probablement le signal inducteur qui se trouve chez le mésoderme par
exemple, se trouve aussi dans l’ectoderme mais sous forme masquée et du coup,
c’est le signal émis par l’inducteur (le mésoderme) qui va se trouver au niveau
du cytoplasme et libérer le message 2 pour arriver jusqu’au noyau et
activer les gènes qui font la différenciation spécifique de notre tissu
compétent.
L’ensemble de l’ectoderme devient
compétent au début de la gastrulation, il ne l’est pas auparavant. Seule la
partie dorsale est normalement induite lors de la gastrulation dans les
conditions d’un développement normal, mais toutes les régions du mésoderme et
de l’ectoderme ventraux peuvent aussi être induites expérimentalement à donner
des formations axiales. Elles sont également compétentes.
La compétence d’un tissu donné
évolue dans le temps : un fragment d’ectoderme compétent d’une jeune
gastrula, prélevé et cultivé dans une solution de Holftreter (solution saline),
puis réimplanté dans la plaque neurale d’une jeune gastrula, perd
progressivement l’aptitude à se différencier en formations ou ébauches neurales
typiques (il y a limite dans le temps, c’est durant les 7h entre le début et la
fin de l’induction. Si on dépasse cette limite, on n’aura pas de réponse à ce
type d’induction). Il en formera d’un type de plus postérieur suivant que la
culture préalable à l’implantation aura duré plus longtemps : d’abord
cerveau antérieur, moyen puis postérieur et tube neural. Il ne se forme plus
enfin que des placodes sensorielles ou des crêtes neurales, après quoi toute
compétence neurale disparait.
Dans l’induction, il y a possibilité
d’utilisation d’autres inducteurs qu’on appelle : ‘’ les xéno-inducteurs
‘’. Ces xéno-inducteurs (inducteurs hétérogènes qui n’ont rien à voir avec les
inducteurs normaux) sont des régions inductrices normales, mais appartenant à
une espèce ou à un genre différent de celui de l’embryon récepteur sur lequel
on les greffe. (On a utilisé ces xéno-inducteurs pour démontrer que la réponse
d’un tissu compétent ne lui permet pas d’exprimer que ses potentialités
génétiques).
On greffe ces inducteurs sur un
embryon récepteur. On revient à l’expérience qu’on a vue dans la communication
cellulaire : l’expérience qui consiste à prélever un morceau de l’abdomen
d’un embryon de Crapaud et à le mettre au niveau de la tête de l’embryon du
Triton. Il y a eu une induction et le message est bien reçu mais on constate
que les cellules demeurent fidèles à leurs gènes (elles se comportent comme des
cellules de Crapaud et non pas de Triton), au lieu de se transformer en
abdomen, elles s’adaptent à leur ovocyte (à leur nouvel environnement) et
produisent des ventouses de Crapaud sur la tête du triton et des crêtes
osseuses dans sa bouche.
Un triton normal aurait des
protubérances à la place des ventouses et des véritables dents au lieu des
crêtes osseuses.
La
communication à Passage de l’information à induction !
Cette expérience montre que les
cellules non seulement communiquent entre elles, mais qu’elles réagissent en
activant leurs gènes et en s’adaptant aussi à leurs environnements pour former
la structure appropriée à la région donnée d’un embryon.
On déduit qu’un tissu induit à se
différencier, exprime ses propres potentialités génétiques et que l’inducteur
ne fait qu’amorcer une chaîne de réactions dans le tissu réacteur.
Donc cette expérience montre qu’il
y a communication entre 2 types de cellules, alors que la communication montre
aussi qu’il existe une information qui passe d’une cellule à l’autre. Cette
communication cytoplasme-cytoplasme (cellule-cellule) n’est que l’induction.
L’environnement aussi joue un rôle important dans la différenciation des
cellules.
Il y a 2 types d’induction :
-
L’induction instructive
-
L’induction permissive
1- Dans l’induction instructive, une cellule A (inductrice) informe
une autre cellule B du type de différenciation dans lequel elledoit s’engager.
Lorsqu’on met en
contact l’épithélium pulmonaire d’un embryon de poulet avec du mésenchyme soit
pulmonaire soit de l’œsophage soit du mésenchyme autour de l’intestin, la
réponse sera différente.
Lorsque cet
épithélium se trouve :
o
Autour du mésenchyme
pulmonaire, il formera l’épithélium des alvéoles respiratoires
o
A côté de l’œsophage :
épithélium digestif de type oesophagien
o
A côté du mésenchyme autour
de l’intestin : épithélium du type intestinal
2- Dans l’induction permissive, un tissu A informe B pour qu’il
exprime la différenciation pour laquelle il était prêt (Ex : l’induction neurale
est une induction permissive qui donne toujours le tube nerveux)
On s’est posé la question : Est-ce
que l’inducteur ne cède pas une substance chimique vers le tissu induit ?
Pour répondre à cette question,
les chercheurs ont utilisé des inducteurs hétérogènes qui ont les mêmes
potentialités morphologiques à partir de tissus variés (Oiseaux, Mammifères, …)
pour faire l’induction neurogène. Des extraits organiques les plus variés et
des substances chimiques diverses pourraient provoquer des différenciations
neurales dans un ectoderme ventral de gastrula. On a pu que d’autres tissus
peuvent entrainer l’induction du tube nerveux au niveau ventral (la côté
ventral est aussi capable de répondre à une induction grâce aux expériences de
Spemann et Mangold), cette induction par des produits hétérogènes ou exogènes
ne peut pas former un embryon secondaire : elle entraine la formation du
tube neural seulement).
On a utilisé un facteur protéinique
neuralisant à partir d’un embryon amphibien et ce facteur est non seulement
présent dans le mésoderme mais aussi sous forme masquée dans les cellules
ectodermiques. Mais, malgré qu’on sache que les inducteurs sont des protéines
ou des glycoprotéines, on ignore beaucoup de choses sur la manière dont les signaux
moléculaires se transmettent entre les cellules ainsi que la manière dont ils
se traduisent en synthèse spécifique aboutissant à une différenciation.
On a pu isoler par
chromatographie, une fraction la plus active chez un embryon …. qui est une protéine
à faible poids moléculaire.
Induction
permissive
Notion de compétence
Induction
instructive
Capacité de répondre à un signal inducteur ; il ne s’agit
pas d’un état passif, mais à une capacité acquise activement.
Dans le cas de l’induction
neurogène : l’ectoderme de la gastrula est capable d’être induit par la
LDB ou par d’autres dérivés mésodermiques, ce qui veut dire que l’ectoderme est
compétent pour répondre aux stimulés inducteurs. Cette compétence est acquise
durant les derniers stades de la Blastula et perdue au dernier stade de la
Gastrula.
Toutefois, quand la compétence à
répondre à l’induction de la lèvre dorsale du blastopore diminue, le même ectoderme
acquiert la compétence de répondre à celle du cristallin.
Donc au début de la Gastrula
l’ectoderme répond à l’induction par la LDB, et au fur et à mesure du développement
embryonnaire, l’ectoderme perd la capacité de répondre à la LDB, et il va
répondre au mésoderme qui va entraîner l’induction qui va former le cristallin.
Donc, on a une transmission ou un passage d’une induction à une autre pour
former différentes étapes.
De même, plus tard la compétence
à répondre aux inductions du cristallin est perdue, et l’ectoderme peut
répondre aux inductions de la placode auditive. De ce fait, la compétence est –elle
même- un phénotype différencié qui distingue des cellules dans l’espace et le
temps.
Les travaux de Wessel, en 1977,
ont annoncé 4 principes généraux caractérisant la plupart des interactions
instructives, c'est-à-dire qu’un signal provenant d’une cellule inductrice est
nécessaire pour amorcer l’expression de nouveaux gènes dans des cellules qui,
sans ce signal, ne seraient pas capables de se différencier dans cette voie
particulière.
Tissu A ----------------------- > Tissu B
Inducteur
Voie définie -1-
Le tissu B, en présence du tissu A, va se différencier dans cete voie
particulière, donc il va suivre une voie définie étant la voie -1-. Ce tissu,
en absence de tissu A, ne se développe pas dans la voie -1-. Et également en
l’absence de tissu A, et en présence d’un tissu C, le tissu B ne se développe
pas dans cette voie -1-. Alors qu’en présence de tissu A, un tissu D, qui
normalement sera développé différemment, subit une modification qui le fait se
développer comme le tissu B.
Le tissu A qui est le tissu inducteur, induit le tissu B pour suivre
une voie bien définie détermination, différenciation, et mise en place d’un
tissu) .. Comme par exemple le fait que l’ectoderme induit le cristallin. Par
contre, si on met le tissu B à côté d’un autre tissu inducteur C, il ne peut
pas suivre la voie -1- parce que les instructions viennent normalement du tissu
A : c’est lui qui détermine et induit la voie -1-.
Activation des gènes ectoderme]
[ LDB
Transcription ARNm
Traduction en protéines
spécifiques ‘’luxe’’
Tout ceci
est sous le contrôle de l’inducteur
Par exemple, on a la
kératine pour la peau , la cristalline pour le cristallin … etc !
Le tissu qui répond à une induction contient toutes les
potentialités nécessaires pour son expression, et il ne requiert qu’un
environnement qui permet l’expression de ces caractères.
En général, dans un embryon et expérimentalement, on peut
changer, on peut éloigner, donner d’autre inducteurs qu’on appelle
« inducteurs hétérogènes » qui n’ont rien à voir avec la réalité,
pour voir est-ce qu’il y a une induction et quel est l’impact et quelle est la
compétence .. ? … etc. Mais dans la réalité, dans un embryon, tout se
passse de la même manière : on a une gastrulation qui se fait des
mouvements morphogénétiques, la migration cellulaire (des tissus qui sont
déterminés vont arriver à côté des tissus compétents, et les tissus compétents
vont nous former les tissus qui sont orientés dans le sens de la voie de notre
induction).
Au fur et à mesure, si la compétence disparait et n’est
pas formée, notre tissu qui est devenu compétent va à son tour devenir
déterminé, différencié en inducteur et il va induire une structure jusqu’à la
formation de différents champs morphogénétiques et la mise en place des
organes. Ça c’est la réalité.
Une fois qu’on sait que ça se passe au cours du
développement embryonnaire, qu’il y a une communication et un transfert
d’informations d’un tissu déterminé inducteur vers un tissu compétent, on se
pose la question ‘’ est-ce qu’il faut qu’il y ait obligatoirement un
contact ? est-ce qu’il y a des substances qui passent directement du tissu
inducteur vers le tissu induit ? ou il y a, tout simplement, un signal qui
arrive au niveau de la matrice extracellulaire par exemple ?
Donc, on essaie de voir la suite du cours
ci-dessous :
II- Nature et mode de transmission des informations
entre cellules inductrices et tissus compétents :
Lors de la découverte de ce phénomène fondamental qui est
l’induction, la question qui s’est posée est de savoir si l’inducteur ne cède pas
de substances chimiques au tissu compétent. Est-ce que l’inducteur agit grâce à
un médiateur chimique et qui réactiverait le récepteur ? et de quelle
façon ?
Pour répondre à ces questions, on a utilisé des inducteurs
hétérogènes parce qu’on ne peut pas utilisé les inducteurs normaux, étant donné
qu’ils sont de très faible quantité (Par exemple : on ne peut pas utiliser
l’inducteur de la LDB, alors on a utilisé les inducteurs hétérogènes qui n’ont
rien à voir, normalement, avec la réalité mais ayant les mêmes potentialités
morphogénétiques). Comme inducteur hétérogène, on a utilisé plusieurs types de
variétés de tissus de mammifères, d’oiseaux ou d’autres … etc, et on a constaté
que les extraits organiques les plus variés pouvaient provoquer des
différenciations neurales dans l’ectoderme ventral d’une gastrula.
( Dans les expériences de Spemann, les inductions obtenues
sont des formations anarchiques où les organes sont mélangés, sans
organisation, comme dans un tératome, d’où le nom ‘’d’évocation’’ qui est
parfois donné au phénomène : Il y a induction mais pas d’embryon
secondaire = pas de formation harmonieuse). Voir la planche
On a induit, dans les expériences de Spemann présentées
sur la planche, avec la LDB du côté ventrale un deuxième tube neural. Et par la
suite, on a eu un développement d’un autre embryon secondaire. Tout ceci se
passe normalement avec la LDB, mais quand on réalise des expériences avec
n’importe quel autre tissu, on peut avoir une induction neurale mais on ne peut
jamais avoir un embryon secondaire. C’est pour ça que cette expérience montre
la réponde à ces questions : est-ce que l’induction va donner des
substances ou des molécules à l’autre cellule réceptrice ? ou faut-il
simplement un contact ou un chimiotactisme ?
En général, dans les expériences de Spemann, on parle
d’une induction, alors que dans le cas de ces expériences, on parle d’une
« évocation » : il y a induction mais il n’y a pas formation
d’embryon secondaire. Pour avoir un embryon secondaire, il faut obligatoirement
avoir une LDB. (Il ne faut pas confondre entre les 2 expériences qui se
ressemblent beaucoup).
Ø Nature des substances inductrices : Les inducteurs sont des
protéines :
Les travaux de Tieldmann en 1984 : Il a obtenu un
facteur protéique neuralisant à partir d’un embryon d’Amphibien. Ce facteur
serait non seulement présent dans le cordomésoderme inducteur mais aussi sous
forme masquée dans le tissu ectodermique. Ces facteurs sont des protéines ou
des glucoprotéines.
Ø Mode de transmission de l’agent inducteur : La transmission des
protéines inductrices pourrait se faire à distance :
Est-ce qu’il y a libération de l’inducteur dans l’espace
extracellulaire ou dans le milieu intracellulaire ?
-
La 1ère expérience ‘’ de Spemann, 1932’’ ,
in vitro : l’expérience consiste à mettre des LDB dévitalisées par la
chaleur ou par l’alcool à côté d’un morceau de gélose.
On prélève la LDB, on la dévitalise
par la chaleur ou par l’alcool. On le met à côté d’un morceau de gélose dans un
milieu de culture et après un certain temps, on prélève la gélose et on
l’implante sur un embryon receveur dans la côté ventrale de sa Blastula.
Il en résulte, de cette
implantation, que la gastrulation aura lieu et que le tube neural secondaire
apparait en côté ventrale.
-
La 2ème expérience ‘’ de Twitty, 1953’’ : L’expérience
consiste à prélever des LDB et les mettre en culture sans les tuer. Après 8
jours, il a filtré le milieu de culture pour éliminer tout ce qui est
tissulaire (pour éviter toute contamination cellulaire).
On met un lambeau de
l’ectoderme compétent dans ce milieu de culture qui est prêt (il faut s’assurer
que cet ectoderme est compétent) : on constate qu’il va y avoir une
différenciation d’un structure nerveuse
-
La 3ème expérience ‘’ de Toivenem, 1979
‘’ : Dans un milieu de culture, on prélève la LDB et on va mettre à sa
côté une culture de l’ectoderme compétent, mais entre les 2 on va insérer un
filtre pour les séparer. On laisse la culture pour un certain temps.
On constate que même ici, il y
a induction du tissu nerveux au niveau de l’ectoderme.
Ces 3 expériences montrent bien qu’il y a diffusion de
substance inductrice dans le milieu extracellulaire, puisqu’on la trouve dans
le milieu de culture, et puis au niveau de la gélose et même quand on insère un
filtre entre le tissu inducteur et le tissu induit, on a une induction. Ça veut
dire qu’il y a bien un passge de produits ou de molécules entre les cellules
inductrices et les cellules compétentes.
En faisant l’observation in vivo, on constate que les
cellules inductrices montrent des indices d’une activité métabolique intense,
notamment avec un RER et un appareil de Golgi développé qui permettront la synthèse
des protéines (spécialement des glucoprotéines) au moment de l’induction.
Au moment de leur induction, les cellules inductrices
synthétisent énormément des glucoprotéines.
Ø Quelle est la nature des récepteurs au niveau des cellules
compétentes ?
Les différentes expériences réalisées montrent que les
facteurs neuralisants sont libérés au cours de la gastrulation. Par exemple,
dans le milieu de culture et in vivo, on a constaté qu’ils se trouvent entre le
mésoderme et l’ectoderme. On pense qu’ils se combinent avec des récepteurs
membranaires de type glucoprotéinique sans toutefois pénétrer dans la cellule.
Pour répondre à cette question, on a utilisé ce qu’on
appelle la Lectine ‘’Concavaline A’’ (Con A) qui se lie à l’α-mannose et
l’α-D-glucose. Donc la Lectine qu’on appelle Con A est normalement, quand elle
est mise dans un milieu de culture, elle se fixe aux glucoprotéines α-mannose
et α-D-glucose.
Quand on la mit dans un milieu de culture, la Concavaline
A (Con A) est capable d’induire des structures neurales dans un lambeau
d’ectoderme. On peut déduire de ces expériences que ça soit le facteur
neuralisant ou le facteur inducteur, ainsi que le récepteur du côté de la
membrane de la cellule compétente est probablement constitué des
glucoprotéines, puisque la Con A va se fixer au niveau des récepteurs et va
induire les structures nerveuses (réalisation d’induction). Ça veut dire que la
Con A est une glucoprotéine qui connait l’α-mannose et l’α-D-glucose qui sont
fixés au niveau des glucoprotéines, que ça soit le facteur neuralisant et les
récepteurs sur la cellule sont des glucoprotéines membranaires.
Cet inducteur est aussi actif au niveau de la surface
cellulaire et ne pénètre pas dans la cellule. On a démontré ceci (qu’il n’y a
pas pénétration du facteur neuralisant à l’intérieur de la cellule et qu’il va
simplement agir sur les glucoprotéines de la surface) et on a couplé CoA avec
des billes de sépharose qui ne peuvent pas pénétrer par les pores de la
membrane plasmique : On les couple avec la Con A pour être sûrs que la Con
A ne va pas traverser la membrane plasmique, mais malgré ça, il y’a eu une induction.
Ceci montre que le facteur neuralisant ou le facteur
inducteur, qui est du type glucoprotéique, ne pénètre pas à l’intérieur de la
cellule mais il agit seulement avec les glucoprotéines membranaires qui se
trouvent au niveau de la membrane plasmique et la memrane qui est autour
del’ectoderme.
C’est un peu comme ce qui se passe au cours de la
fécondation, le spermatozoide et l’ovocyte ne peuvent se fusionner que s’il y a
reconnaissance membranaire entre les glucoprotéines qui se trouvent sur la tête
du spermatozoide et celles de la membrane plasmique de l’ovocyte.
Les glucoprotéines captent le signal et le transmettent
sous d’autres formes pour arriver jusqu’au noyau qui va activer des gènes et
transcrire les ARNm qui vont être traduites en protéines spécifiques.
Ø Comment réagissent les récepteurs membranaires au niveau du
cytoplasme ?
A la surface des cellules, il existe des macromolécules de
type glucoprotéique qui, après couplage avec un médiateur extracellulaire,
activent une enzyme membranaire comme l’adénylate cyclase (qui à partir de
l’ATP catalysent à l’AMPc).
ATP AMPc
Adénylate
cyclase
Cette AMPc va
lui-même activer une cascade de phosphorylations des protéines kinases pour
aboutir à un phénomène physiologique plus ou moins déterminé. On a alors une
adénylate cyclase qui se trouve au niveau de la membrane, qui va catalyser
l’ATP en AMPc qui, à son tour, va activer un nombre de phosphorylations des
protéines kinases pour induire la voie dans un sens plus ou moins déterminé.
N.B : Normalement, dans l’embryon, on a en général un
contact entre tissu inducteur et tissu compétent à l’exception des cellules
germinales qui, pour qu’elles arrivent en place, c’est une sorte d’inductions
hormonales qui va les attirer jusqu’à leur place. Mais, dans la totalité de
notre embryon, il faut qu’il y ait un contact entre les cellules inductrices et
les cellules compétentes. Mais on se pose toujours la question : Est-ce
que le contact est obligatoire ou est-ce qu’il est nécessaire ?
·
Si c’est obligatoire, en absence du contact, on aura pas
d’induction
·
Et si c’est n »cessaire, on peut changer l’induction
en fonction d’un autre inducteur qui peut arriver plus loin du cheminement
d’ailleurs.
Les expériences in vitro mentionnées plus haut, laissent
penser que l’inducteur peut agir depuis des cellules inductrices vers les
membranes des cellules réceptrices. Toutefois, les expériences in vivo, montrent
l’existence de contact entre les types des cellules.
Dans les interprétations des résultats, on peut écarter
l’idée des rôles d’une diffusion. En effet, des composants (protéines) de poids
moléculaire élevé, vont à celui des glucoprotéines éventuellement inductrices,
traversent aisément les filtres qu’on insère entre les tissus (exemple :
entre le mésoderme et l’ectoderme). Tous ces mêmes filtres s’opposent à
l’induction. Dans les zones de contact entre récepteurs et glucoprotéines
membranaires, on a aussi un autre mode de relation cellulaire : les gap
jonctions qui jouent aussi un rôle dans l’induction.
La matrice extracellulaire (ou intracellulaire) joue, elle
aussi, un rôle dans la relation entre tissu inducteur et tissu induit. L’exemple
qu’on utilise c’est de l’expérience concernant le cristallin. L’interface qui
existe entre le cristallin et les vésicules optiques : on a constaté que
la densité de la matrice extracellulaire augmente pendant l’induction du
cristallin. Donc, s’il y a l’augmentation de la densité de la matrice
extracellulaire, ça nous mène directement à penser qu’elle joue un rôle entre
le tissu inducteur et le tissu induit.
Petite résumé : On a les mêmes structures qui
jouent les mêmes rôles partout. Ces structures sont la matrice extracellulaire,
la membrane plasmique, le noyau, les sites jonction de type gap … etc. Si on a
un signal d’une cellule à une autre, le signal se fait entre les glucoprotéines
(surtout de type membranaire) et les jonctions du type gap. Alors, on a une
relation entre l’inducteur qui est une glucoprotéine et le récepteur qui est
égelemnt une glucoprotéine, le signal passe entre les 2 et va être transmis
dans le noyau par le moyen de l’AMPc et la phosphorylation des protéines
kinases.
Tout ceci va traverser quoi ? on a un réseau
ferroviaire à l’intérieur de la cellule, qui est le cytosquelette qui joue un
rôle dans la migration et aussi lors de l’induction. C’est la même chose, ce
sont les mêmes produits cellulaires qui fonctionnent : on ne va pas
chercher un transporteur, il faut bien qu’il y ait un transporteur qui ne peut
être que le cytosquelette. Donc, c’est lui que va transporter toutes ces
molécules qui vont être fabriquées au cours des phosphorylations jusqu’à
arriver au noyau.
Au sein du noyau, on va avoir l’activation des protéines
de régulation qui vont agir au niveau des gènes de régulation, et qui vont
activer et produire les gènes qui répondent à l’induction et qui vont former la
transcription des ARNm et leur traduction en protéines.
L’induction est un processus à plusieurs étapes, elle est
souvent nécessaire que plusieurs sources d’induction soient présentes simultanément
ou successivement pour provoquer une induction. Ceci veut dire que c’est pas
obligatoire qu’une induction donne une seule réponse, on peut avoir plusieurs
inducteurs et une seule réponse (ces inducteurs peuvent agir en même temps
comme ils peuvent agir simultanément, c'est-à-dire l’un après l’autre).
Les expériences de Toivonem et Saxen en 1963, ont montré
que la formation d’un système nerveux axial au cours de l’induction primaire,
nécessite l’action pour donner de 2 inducteurs. On a implanté simultanément
dans un blastocoele d’une jeune gastrula, un inducteur hétérogène de structure
de cerveau antérieur. On a pri comme inducteur des foies de Cobaye et un autre
inducteur qui est l’inducteur des structures mésodermiques : la moelle
osseuse.
·
L’inducteur du foie de Cobaye qui va induire la structure
du cerveau antérieur.
·
L’inducteur des structures mésodermiques qui est la moelle
osseuse.
Quand on implante chacun séparément, ils donnent
normalement ce qui est cité ci-dessus. Mais, quand on les implante
simultanément, non seulement les 2 types de formation qui vont se développer,
mais il se forme en plus du cerveau postérieur et de la moelle épinière que
chaque implant isolé est incapable d’induire.
Ø Est-ce que la morphogenèse résulte d’induction réciproque ?
Exemple : Morphogenèse de l’œil
On a constaté qu’il ne se forme pas de cristallin en
absence de vésicules optiques. Le cristallin induit à son tour la neuralisation
de la rétine sur sa face concave. Donc, on a bien une transmission d’induction
d’un tissu inducteur à un tissu compétent qui devient à son tour un tissu
inducteur. Et donc, à chaque fois l’induction passe d’un tissu à l’autre et
chaque inducteur va entrainet la formation d’une structure donnée.
Alors, ce phénomène est général dans l’embryon. Par
exemple, dans la formation des membres, l’épiderme et le mésoderme
s’influencent mutuellement dans l’induction des doigts. Dans la formation des
dents, les interactions joueraient entre le mésenchyme dentaire et l’ectoderme
des crêtes dentaires. Donc, il y a bien des interactions réciproques entre les
différents tissus qui vont former les différents organes. Donc, chaque groupe
de tissus va s’ilteragir en première interaction entre les 2 pour donner des
successions d’induction qui va donner à la fin un organe comme les doigts, les
dents, l’œil, … etc. Alors, toute la morphogenèse est basée sur le phénomène
d’induction et donc sur le phénomène de la communication entre les cellules et
la réponse à cette communication.
Ø Les conséquences de cette induction :
Ce sont :
ü
L’activation des synthèses
ü
Les champs morphogénétiques redéfinis
ü
La diminution de la capacité de régulation
§ L’activation des synthèses :
Dans tous les tissus qui subissent l’influence d’un tissu
inducteur, les synthèses d’ADN, l’activité mitotique, les synthèses d’ARN et
des protéines augmentent. Par exemple : le tissu neural ( le tube neural ).
On a un tissu qui va répondre à une induction neurale.
Normalement, ce tissu, quand il est mis à côté d’un inducteur qui est le mésoderme,
l’ectoderme va former le tube neural. Alors, cet ectoderme, la première des
choses, va d’abord commencer à se diviser : on a une synthèse d’ADN, et
après les mitoses augmentent sur la même surface (le nombre des cellules
augmente) qui tout doucement s’icurve pour former ce qu’on appelle un trapèze.
ü
Synthèse d’ADN
ü
Divisions mitotiques sur le même endroit
ü
Induction transmise
ü
Cytosquelette et microfilaments (microfibrilles) vont se
mettre dans un sens donné pour former la ceinture qui va former le tube, et
puis les microfilaments qui vont se mettre selon le long du grand axe, vont
transmettre les informations provenant des cellules vers le noyau.
ü
Synthèse d’ARN
ü
Synthèse de protéines spécifiques qui vont former les
cellules nerveuses
Donc à ce moment là, il y a les différentes
synthèses : synthèse d’ADN, d’ARN et de protéines spécialisées.
Toutes les inductions sont suivies d’activation de gènes
spécifiques.
§ Les champs morphogénétiques redéfinis + La diminution de la capacité
de régulation :
Un champ morphogénétique est un territoire embryonnaire
qui, sans présenter des différenciations ni morphologiques ni histologiques
visibles, correspond à un organe bien défini de l’animal.
Au fur et à mesure que les étapes d’une induction se
réalisent, il y a détermination des territoires embryonnaires et disparition de
la faculté de régulation à l’intérieur de ceci. Les territoires embryonnaires
se fragmentent ainsi en champs morphogénétiques de plus en plus précis.
Si des explants et des mises en culture in vitro de
fragments d’embryon sont faits à partir d’une jeune neurula, on constate que le
germe (l’embryon) est devenu une mosaique de territoires capables de
s’autodifférencier, et donc déterminés.
Toutefois, les champs morphogénétiques sont des
territoires de l’embryon qui ne représentent pas de différenciations visibles,
mais qui représentent l’ébauche réelle d’un organe.
Chez une gastrula, on a établi des territoires présomptifs :
l’ectoderme, le mésoderme, le neuroderme et puis le neuroblaste, l’épiblaste …
et ainsi de suite. Et chez une neurula, on a établi les territoires ou plutôt
les champs morphogénétiques qui représentent chaque ébauche réelle,
c'est-à-dire qu’on a découpé notre embryon en territoires déterminés qui
représentent les champs morphogénétiques représentant -par la suite- l’organe
réel. Chaque fois qu’on enlève une partie (un champ morphogénétique par
exemple), on ne peut pas restaurer la partie manquante, et si on ajoute un 2ème
champ morphogénétique, on ne peut plus restaurer les excédents.
Si par exemple, on enlève le champ morphogénétique
correspondant à la formation des membres antérieurs –chez une jeune neurula- ,
l’embryon se trouvera par la suite sans membres antérieurs. C’est parce que
l’embryon à ce stade là, n’est plus capable de réguler et il devient un germe à
développement en mosaique comme les œufs à mosaique, ce qui veut dire que la
régulation a des limites dans l’espace et dans le temps (en fonction des
différents stades).
On sait qu’on ne peut pas découper indéfiniment notre
embryon, et puis on ne peut pas le découper et obtenir une régulation, parce
que tout simplement on a le phénomène de l’induction qui va entrainer une
détermination des tissus et donc détermination des champs morphogénétiques. Ces
derniers qui sont à l’origine de chaque organe de l’individu.
Chaque fois qu’on a, soit enlévé, soit ajouté un champ
morphogénétique, on ne peut plus ni restaurer des déficiences ni restaurer des
excédents. Alors, l’embryon devient petit à petit une mosaique de territoires
et des champs morphogénétiques.
Au stade neurula, on établit des champs qui sont réels. En
effet, si on prélève un territoire correspondant à un organe, l’embryon en sera
plus tard dépourvu. Et même si on greffe un champ surnuméraire, l’embryon
possèdera un organe supplémentaire (par exemple : patte surnuméraire). La
régulation au niveau de l’ensemble d’un champ morphogénétique n’est plus
possible, Toutefois à l’intérieur d’un champ morphogénétique, des régulations
sont encore possibles dans un certain temps. Par exemple, si on ampute dans le
neurula d’Amphiein, la moitié du territoire ‘’patte’’, le reste de l’ébauche
peut encore –par régulation- édifier une patte normale quoi qu’elle soit plus
petite.
On a constaté que la synthèse des protéines
organospécifiques ainsi que des structurales spécifiques d’organes sont
identifiables avant que les organes ou les tissus soient bien individualisés.
La nature de ces protéines nouvelles peut différer de
celle des protéines de tissu adulte. Certaines protéines sont en effet
caractéristiques de l’embryon.
Parmi les protéines qu’on a mis en évidence, il y a la
cristalline : la synthèse de cette protéine du cristallin a lieu dans
l’ébauche ectodermique induite pour former le cristallin quelques heures après
qu’elle était induite par les vésicules optiques.
Dans chaque champ morphogénétique, le pouvoir de
différenciation en un organe donné varie progressivement. On suppose que les
champs contiennent des gradients d’informations qu’on appelle des morphogènes,
ces gradients de différenciation résultent de l’expression de certains gènes.
La présence de ces morphogènes entraîne la détermination
de chaque champ morphogénétique, cette détermination est irréversible et
entraîne une différenciation définitive du champ morphogénétique en tissu
spécialisé.
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