[biologie du developpement] développement des membres

[piwi]

Introduction

Le développement des membres est un chapitre touffu de la biologie du développement. Il est pratiquement évident qu’il manquera tôt ou tard au lecteur non préparé un prérequis ou un autre. Ne pouvant pas tout faire à la fois j’ai opté pour un plan qui n’est peut être pas le plus évident en commençant d’emblée par des données moléculaires Le début va sans doute sembler un peu abstrait. Je joins au texte deux de mes illustrations de cours qui vous permettront de repérer les principales structures dont je parle ici (le mesoderme, la chorde et la somatopleure)

TBX : protéines portant le domaine T (T-Box). Il s’agit d’un domaine de 180 acides aminés se fixant sur la moitié d’un domaine palindromique.(5’-AATTTCACACCT AGGTGTGAAATT-3’). Le mode de fixation est original en plusieurs aspects. Le premier est qu’il intéresse le grand et le petit sillon de l’ADN. Mais la grosse originalité est qu’une hélice de cette protéine s’enfonce dans le petit sillon qu’elle élargit sans pour autant dénaturer l’ADN. Elle y établit des interactions hydrophobes mais surtout entre en contact avec une guanine via un carbone de sa chaine principale (le squelette peptidique de la protéine.) (Muller et Herrmann Nature 1997 Vol 389 : 884-888) Ces protéines agissent sous la forme de dimères fixés sur la palindrome et sont tantôt activateurs et tantôt répresseurs de gènes selon le contexte.
L’archétype des protéines à domaine T-Box est la protéine Brachyury. Le rôle de ce gène dans le développement embryonnaire a été décrit dés 1927 grâce à l’analyse de mutants spontanés (Dobrovolskaïa-Zavadskaïa (ouf !!) C.R.Soc.Biol 1927 Vol 97 : 114-116). Les mutants à l’état homozygote présentaient un arrêt de la formation de la ligne primitive, structure anatomique observable durant le développement précoce et marquant la formation de mésoderme embryonnaire. Ils présentent encore, et c’est logique, des anomalies de la notochorde (ou encore corde), structure mésodermique transitoire, centre inducteur du système nerveux central. Ainsi la mutation Brachyury (et donc la protéine qui fut identifiée plus tardivement (Herrmann et al Nature 1990 Vol 343 : 617-622)) était elle impliquée dans la formation du mésoderme. Par la suite on a retrouvé cette famille dans tout le monde animal (poulet, xenope, poisson zebre, mais aussi drosophile ou il existe un homologue de Brachyury, Trg.) et l’on a montré que ses membres (TBX1 à 5 chez la souris) jouaient un rôle dans la mise en place des organes et tissus dérivés du mésoderme embryonnaire (ex : les membres, le cœur).

Pour en venir au domaine qui nous intéresse, des études ont montré le rôle capital de Tbx5 et Tbx4 dans la mise en place des membres chez les vertébrés. Par exemple, chez le poisson zèbre, l’inhibition de l’expression du gène Tbx5 (exprimé dans la somatopleure, le feuillet externe du mésoderme latéral) entraine une agénésie des nageoires ventrales avec l’absence même d’une ébauche de tout élément osseux, y compris la ceinture scapulaire. (Dae-gwon Ahn et al Nature 2002 Vol 417 : 754-758). Ainsi Tbx5 est il un gène contrôlant la mise en place des membres antérieurs. Disons tout de suite qu’il existe un pendant au niveau du membre inférieur, Tbx4. Nous verrons qu’ils jouent un rôle important dans la formation du membre à plusieurs niveaux :
La détermination de la position du membre dans l’organisme
La croissance du membre

La suite est ici: http://forums.futura-sciences.com/post1621084-13.html

Note: je me suis donné beaucoup de mal pour les illustrations. Je ne m'oppose pas à ce qu'elles soient reprises. En revanche j'aimerais juste être prévenu.
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[MaliciaR]

Salut,

C'est super intéressant ce que tu as écrit! On ne m'a jamais parlé de développement chez la Souris, donc je découvre

J'aurai par contre quelques questions, histoire de ne pas bousiller ma réputation de pinailleuse chiante

Ne pouvant pas tout faire à la fois j’ai opté pour un plan qui n’est peut être pas le plus évident en commençant d’emblée par des données moléculaires.(...)

Est-ce que tes étudiants ont déjà eu un cours en bio du développement? Il me semble un peu abrupte de commencer justement par la pointe de la pyramide sans situer le contexte global, càd macroscopique. Je sais qu'un de mes profs en bio du développement avait essayé de faire un truc du genre et je m'étais retrouvée un peu traumatisée parce que je n'arrivais pas à relier le côté moléculaire avec quelque chose de macroscopique. En revanche, mes profs de génétique du développement chez la Droso ou chez C. elegans ont tous présenté d'abord le côté tissu, et à chaque fois qu'il était question d'un gène, ils précisaient à quel stade du développement on se trouvait.
Ceci dit, je ne sais pas ce que tu fais par la suite, vu que c'est juste l'intro...

TBX : protéines portant le domaine T (T-Box). Il s’agit d’un domaine de 180 acides aminés se fixant sur la moitié d’un domaine palindromique.(5’-AATTTCACACCT AGGTGTGAAATT-3’).

La séquence palindromique se trouve où? Y a-t-il une conservation de séquence chez les Vertébrés?

Le mode de fixation est original en plusieurs aspects. Le premier est qu’il intéresse le grand et le petit sillon de l’ADN. Mais la grosse originalité est qu’une hélice de cette protéine s’enfonce dans le petit sillon qu’elle élargit sans pour autant dénaturer l’ADN. Elle y établit des interactions hydrophobes mais surtout entre en contact avec une guanine via un carbone de sa chaine principale (le squelette peptidique de la protéine.) (Muller et Herrmann Nature 1997 Vol 389 : 884-888)

Quel est le résultat de cette interaction?

Ces protéines agissent sous la forme de dimères fixés sur la palindrome et sont tantôt activateurs et tantôt répresseurs de gènes selon le contexte.

Tu veux parler un peu plus du contexte?

La suite est très intéressante (je te souhaite bon courage pour la prononciation de certaines références ).
Tu parleras d'une espèce de centre organisateur, c'est ça? (Pardon si je dis des bêtises, la bio du développement dans cette forme date d'il y a presque 3 ans maintenant ).

Cordialement,

[jmbowie]

Malicia, à propos de la T-Box, la 2ème séquence est l'inverse complémentaire de la première, le tout forme le palindrome

[MaliciaR]

Malicia, à propos de la T-Box, la 2ème séquence est l'inverse complémentaire de la première, le tout forme le palindrome

Je sais ce qu'est un palindrome Ce que je demande c'est où au sein du gène (région cis-régulatrice, 3'UTR, que sais-je...) est située cette séquence palindromique.

Cordialement,

[A voir en vidéo sur Futura]

[jmbowie]

Je sais ce qu'est un palindrome Ce que je demande c'est où au sein du gène (région cis-régulatrice, 3'UTR, que sais-je...) est située cette séquence palindromique.

Cordialement,

J'aurai dit dans le promoteur, mais je sais ma fixette latente alors...

[Gwyddon]

Juste un petit message pour te remercier piwi, je n'ai pas encore lu (pas le temps, un rapport de biophysique à terminer justement ) mais j'ai mis la discussion dans mon escarcelle de discussions à suivre

[piwi]

Est-ce que tes étudiants ont déjà eu un cours en bio du développement?

Je ne donne pas ce cours à des étudiants (et si je le devais ça serait sans doute à des L3 ou des M1 avec des notions de bio du dev). Ca c'est spécialement pour futura-sciences, est ce que je vous surestime? J'ai choisi ce plan pour coller avec la demande de traiter le versant moléculaire de la chose. Maintenant que j'ai appâté le poisson avec les Tbx qui sont au centre de l'histoire on va pouvoir préciser certaines données morphologiques. Cependant la morphologie restera au second plan.

Y a-t-il une conservation de séquence chez les Vertébrés?

Je ne comprends pas bien la remarque. Les Tbx sont des protéines principalement décrites chez les vertébrés.

Quel est le résultat de cette interaction?

Ces protéines agissent sous la forme de dimères fixés sur la palindrome et sont tantôt activateurs et tantôt répresseurs de gènes selon le contexte.

Le contexte sera précisé plus loin.

Je ne l'ai peut être pas précisé en clair mais on parle de facteur de transcription qui se fixe sur l'ADN, C'était pas évident? (me semble que si à moi. Mais je peux me planter)

[jmbowie]

Je ne donne pas ce cours à des étudiants (et si je le devais ça serait sans doute à des L3 ou des M1 avec des notions de bio du dev). Ca c'est spécialement pour futura-sciences, est ce que je vous surestime? J'ai choisi ce plan pour coller avec la demande de traiter le versant moléculaire de la chose. Maintenant que j'ai appâté le poisson avec les Tbx qui sont au centre de l'histoire on va pouvoir préciser certaines données morphologiques. Cependant la morphologie restera au second plan.

Je ne comprends pas bien la remarque. Les Tbx sont des protéines principalement décrites chez les vertébrés.




Le contexte sera précisé plus loin.

Je ne l'ai peut être pas précisé en clair mais on parle de facteur de transcription qui se fixe sur l'ADN, C'était pas évident? (me semble que si à moi. Mais je peux me planter)

On aurait pu croire que la protéine agissait en stabilisant le transcrit en 3'UTR par exemple.

[piwi]

Le premier est qu’il intéresse le grand et le petit sillon de l’ADN

3'UTR?

[MaliciaR]

Je ne donne pas ce cours à des étudiants (et si je le devais ça serait sans doute à des L3 ou des M1 avec des notions de bio du dev). Ca c'est spécialement pour futura-sciences, est ce que je vous surestime? J'ai choisi ce plan pour coller avec la demande de traiter le versant moléculaire de la chose. Maintenant que j'ai appâté le poisson avec les Tbx qui sont au centre de l'histoire on va pouvoir préciser certaines données morphologiques. Cependant la morphologie restera au second plan.

Ah cool! Je suis partie sur les cours en fac à cause de ce qu'il y a marqué en haut à droite de tes jolies images (L1S2, je crois)...

Je ne comprends pas bien la remarque. Les Tbx sont des protéines principalement décrites chez les vertébrés.

Ce que je demandais c'est quel est le pourcentage d'identité entre les séquences (Stp, je viens de me taper la journée de manips en 4 heures après le boulot, donc un peu claquée ).

Je ne l'ai peut être pas précisé en clair mais on parle de facteur de transcription qui se fixe sur l'ADN, C'était pas évident? (me semble que si à moi. Mais je peux me planter)

Beh j'y ai pensé mais vu que tu ne le précisais pas... Vaut mieux poser des questions stupides lorsque l'on aborde un truc aussi complexe que la bio du développement

Merci, en tout cas! Superbe idée

Cordialement,

[MaliciaR]

3'UTR?

Ah, oui, tant qu'on parle de DNA-binding protéine, pas d'UTR

Je suis tombée dans le piège aussi

Cordialement,

[piwi]

J'ai tiré les images d'un cours mais ce n'est pas un cours sur le développement des membres.
Les séquences ont un très fort pourcentage d'identité. Ce qui fait la différence ce sont les Tbx qui s'y fixent.

[piwi]

I. Détermination de la position des membres/les gènes Hox

A présent la question qui se pose est pourquoi les membres se développent à la place qui est la leur. Nous avons vu que Tbx4 et Tbx5 (Issac et al Development 1998 125 : 1867-1875 et Dae-gwon Ahn et al Nature 2002 Vol 417 : 754-758) étaient exprimés précisément dans la somatopleure des régions où vont se développer les membres antérieurs et les membres postérieurs. Pourquoi ?

Pour faire simple, l’explication qui va suivre repose sur la représentation de l’embryon comme une sorte de saucisson que vous pouvez couper en tranches toutes identiques (fig.1). Un des enjeux majeur du développement embryonnaire est de virtuellement segmenter (métamériser) le saucisson mais surtout de conférer à chacune des tranches (métamère) une identité propre. Chez les vertébrés, le moteur principal de ce découpage est opéré par une famille de gènes dits de segmentation, les gènes Hox. Ces gènes codent pour des facteurs de transcriptions organisés dans le génome en complexes de gènes. Ils s’expriment selon une séquence temporelle et spatiale correspondant à leur position dans les dits complexes (on parle de colinéarité temporelle et de colinéarité spatiale.) Les gènes situés en 3’ s’expriment en premier puis progressivement ceux situés en 5’ s’expriment. Au niveau spatial on retrouve aussi cette organisation, les gènes situés en 3’ s’expriment plus postérieurement alors que les gènes situés en 5’ s’expriment plus antérieurement (fig 2). Les causes de cet arrangement unique sont encore mal connues et le peu que l’on en comprend reste assez discuté. (Limura et Pourquié Develop.Growth Differ 2007 Vol 49 : 265-275 et Kmita et Duboule Science 2003 Vol 301 331-333) Il n’est peut être pas intéressant d’en discuter ici dans le corps principal et je vous propose d’aller plus loin en annexe. Quoi qu’il en soit schématiquement, parce que le détail n’a aucun intérêt ici, on voit bien que l’expression des gènes Hox dans l’embryon créer une sorte de code permettant d’identifier une métamérisation. C’est ce code va induire un schéma d’expression de gènes propre à chaque métamère et qui va conduire ce dernier à adopter une identité propre à partir d’un patron commun. C’est ceci qui conduit à l’expression des gènes Tbx5 et 4 à une position strictement respectée (fig 2 et 3).
On peut alors voir à ces niveaux l’apparition de boursoufflures à la surface de l’embryon. Ces boursoufflures correspondent à la première manifestation du développement des membres et sont appelées les bourgeons de membre. Ils sont formés par du mésoderme dont je vais parler un peu pour terminer et pour que les choses soient très claires.

Le mésoderme embryonnaire
Le mesoderme intra embryonnaire peut être subdivisé en trois grandes régions :
• Les somites. La lame de mésoderme la plus médiane forme le mésoderme présomitique. Dans un second temps cette lame se clive en petits blocs de cellules (les somites) selon une séquence antéro-postérieure. Ces somites vont ensuite se diviser à leur tour en deux amas. Médialement ce sera le sclérotome qui permettra le développement des os du tronc et des membres. En dehors ce sera le dermomyotome qui formera le derme de la peau ainsi que les muscles du tronc et des membres.
• Plus en dehors ce sera la pièce intermédiaire qui se segmente elle aussi mais de manière imparfaite. Cette pièce intermédiaire est à l’origine du système urogénital qui va se développer en trois temps selon une séquence antéro-postérieure. Tout d’abord se sera le pronéphros, organe non fonctionnel qui régressera rapidement pour laisser la place au mésonephros qui se développera considérablement. Il sera à l’origine de l’ensemble du tractus génital à l’exception de la lignée germinale (allantoide)
• La lame latérale qui se creuse d’une cavité, le coelome intra-embryonnaire. La limite externe du coelome formera la somatopleure importante dans la formation des membres. La limite interne double l’endoderme et participe à la formation des parois du tube digestif et des organes qui y sont associés A l’age adulte les reliquats du coelome embryonnaire forment la plèvre, le péricarde et le péritoine, cavité virtuelle offrant un espaces de glissement pour les organes qui en sont enveloppés (poumons, cœur et tube digestif).

[Greg'z]

Bonjour,

Ils présentent encore, et c’est logique, des anomalies de la notochorde (ou encore corde), structure mésodermique transitoire, centre inducteur du système nerveux central.

J'ai une petite question à ce sujet, en quoi la chorde est inductrice du système nerveux?
Et inductrice dans quel sens, parlez vous du mouvement lors de la neurulation?

les gènes Hox (...) s’expriment selon une séquence temporelle et spatiale correspondant à leur position dans les dits complexes

A ce sujet, il y a quelque chose que je ne comprends pas, s'ils ont un sens d'expression céphalo caudal je comprends pour la formation de la ligne primitive et pour l'apparition des membres antérieus avant les postérieurs.
En revanche j'ai lu qu'ils étaient impliqué également dans la mise en place des somites, or cette formation n'a pas un sens antéro caudal, elle commence au niveau de D4 (si je me tompe pas ) puis se diffuse vers l'avant et vers l'arrière au fur et a mesure que se referme la goutière neurale.
Qu'est ce que je n'ai pas compris??

Cordialement.

[piwi]

La formation des somites se fait bien selon une séquence rosto-caudal (ou encore antéro-postérieur)

Pour l'induction du système nerveux je n'ai pas trop le temps d'entrer dans le détail mais je parle de la spécification de la différenciation neuronale et non pas des mouvements cellulaires qui conduisent à la fermeture du tube neural.

Cordialement,
piwi