Santé

Le problème de l'œuf et de la poule… à la source de l'organisation spatiale de l'embryon

Dossier - Ces gènes qui façonnent la forme des animaux
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Les récentes avancées de la génétique du développement permettent de comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires qui déterminent la structuration des embryons et donc la forme des espèces vivantes.

  
DossiersCes gènes qui façonnent la forme des animaux
 

Mais si de tels gradients préfigurent l'axe antéro-postérieur de l'embryon, quelles en sont les causes ? Ces mécanismes de régulation des gènes homéotiques qui permettent d'allumer les gènes de manière ordonnée dans le temps et le long de l'axe antéro-postérieur de l'embryon, impliquent qu'une information de position est déjà conférée aux régulateurs des gènes homéotiques...

Représentation schématique des transformations vertébrales obtenues suite à l'inactivation de différents gènes conduisant à une perturbation du code homéotique © René Rezsohazy, UCL

On ne fait que remonter dans la hiérarchie des régulateurs, sans trouver l'origine première des axes de l'embryon... Quelle est la source première qui organise l'embryon dans les trois dimensions de l'espace ? Pour de nombreux animaux dont le développement embryonnaire n'est pas placentaire, on retrouve les premières asymétries avant même la fécondation, au niveau de l'œuf dont le cytoplasme contient des protéines et des ARN dont la distribution n'est pas homogène mais bien polarisée. Chez la mouche, certaines protéines présentent une distribution qui préfigure déjà les futurs axes de l'embryon. Cette distribution est dictée par le dialogue que l'œuf en maturation établit avec des cellules nourricières voisines. Donc, les axes embryonnaires trouvent leur origine dans l'ovogenèse. Chez la grenouille, il en va presque de même. L'œuf présente également un cytoplasme non homogène, mais celui-ci ne préfigure pas exactement un axe embryonnaire. Ce n'est qu'au moment de la fécondation que le cytoplasme de l'œuf devenu embryon unicellulaire est réarrangé. Ce réarrangement est en partie guidé par la gravitation universelle qui agit sur le cytoplasme cellulaire dont la densité physique n'est pas homogène. Si après la fécondation, l'œuf réarrangé est placé dans une centrifugeuse de sorte à exercer une force qui contrecarre le mouvement tout juste opéré sous l'effet de la gravitation, on obtient des embryons à deux têtes et qui portent deux colonnes vertébrales (Black et Gerhart, 1985).  Chez le poulet, la rotation de l'œuf dans les conduits génitaux de la femelle procure également à la gravitation un rôle important pour la définition du grand axe de l'embryon qui s'y développe et qui s'oriente selon le champ gravitationnel. Chez les mammifères en revanche, les premières divisions cellulaires qui suivent la fécondation engendrent des cellules qui gardent chacune le potentiel de générer un embryon entier.

© Biology, Miller and Levine Prentice Hall, 2000 Edition

Ce n'est que plus tard que les potentialités développementales des cellules se restreignent. En particulier, il est notable qu'une partie seulement de la grappe de cellules obtenue au tout début du développement donnera l'embryon proprement dit, le reste contribuant aux annexes comme le sac amniotique ou le placenta. L'origine des axes embryonnaires et de l'axe antéro-postérieur en particulier demeure mal connue chez les mammifères.

Quoiqu'il en soit, les asymétries cruciales qui s'établissent très précocement dans l'œuf ou l'embryon sont relayées, raffinées, transformées, jusqu'à instruire les gènes homéotiques qui président à la destinée de segments de l'organisme le long de son axe antéro-postérieur. Ces relais sont bien connus chez la mouche ou la grenouille. Ils le sont moins chez l'homme ou la souris.