Gastrulation

Question 1

Gastrulation

Answer 1

• le rythme effréné des divisions cellulaires qui a caractérisé la segmentation vient à ralentir
• à la fin de celle-ci, la blastula consiste en de nombreux blastomères dont les positions relatives ont été établies par la séquence des plans de clivage
• l’embryon entre maintenant dans la phase de développement appelée gastrulation, durant laquelle les cellules adopteront de nouvelles positions, donc de nouvelles voisines, à la suite de mouvements qu’elles entreprennent seules ou en groupes
• ces mouvements morphogénétiques impliquent l’embryon entier et aboutissent à la mise en place des trois feuillets fondamentaux des métazoaires: ectoderme, mésoderme et endoderme
• les interactions nucléoplasmiques sont plus importantes durant la gastrulation : plusieurs protéines sont synthétisées à partir du génome embryonnaire
• de plus, le métabolisme devient oxydatif
• toutefois, la gastrulation se solde par une croissance minime de l’embryon

Question 2

Mouvements morphogénétiques

Answer 2

• embolie ou invagination
• épibolie
• migration cellulaire ou ingression
• prolifération polaire
• délamination

Question 3

Embolie ou invagination

Answer 3

• mouvement employé surtout chez les embryons dotés d’un blastocoele important et de blastomères végétatifs peu vitellins, de petite taille
• il s’agit du repliement d’un feuillet cellulaire dans le blastocoele, soit une partie de l’hémisphère végétatif qui s’invagine dans le blastocoele
• l’embolie délimite une structure tubulaire, l’archentéron, le tube digestif embryonnaire, ouvert sur l’extérieur par le blastopore
• on assiste ainsi à l’ébauche du tube digestif, qui a valu le nom de gastrulation à ce stade du développement

Question 4

Épibolie

Answer 4

• si les blastomères végétatifs sont trop volumineux pour s’invaginer dans le blastocoele ou que ce dernier est réduit ou absent, le feuillet cellulaire de l’hémisphère animal migre par- dessus le feuillet végétatif et le recouvre
• ce dernier atteint une position interne de façon passive

Question 5

Migration cellulaire ou ingression

Answer 5

• migration de cellules individuelles, plutôt qu’en feuillet, dans le blastocoele, où elles s’agencent pour former l’endoderme et le mésoderme

Question 6

Prolifération polaire

Answer 6

• multiplication active des blastomères du pôle végétatif vers l’intérieur du blastocoele
• contrairement à l’ingression, les cellules demeurent en masse
• cependant, la distinction entre ces deux mouvements est subtile, l’ingression étant souvent précédée par la prolifération polaire

Question 7

Délamination

Answer 7

• séparation d’un feuillet cellulaire pluristratifié en deux feuillets, l’un d’eux étant
  maintenant interne, aboutissant dans le blastocoele
• ce mouvement se produire chez les Amniotes durant la segmentation

Question 8

Différence entre segmentation et gastrulation

Answer 8

• rythme divisions rapides vs. rythme de divisent ralenti
• pas de mouvements cellulaires sauf chez les Amniotes vs. mouvements cellulaires (morphogénétiques)
• pas de croissance de l’embryon vs. croissance minime de l’embryon
• peu d’interactions nucléoplasmiques surtout chez les Anamniotes vs. interactions nucléoplasmiques et synthèses protéiques importantes

Question 9

Gastrulation : oursin (échinoderme)

Answer 9

• la blastula consiste en un feuillet cellulaire (épithélium) sphérique dont les blastomères dérivent de différentes régions cytoplasmiques du zygote et ont des propriétés différentes
• dans cet épithélium sphérique, les
  blastomères ont des tailles différentes du pôle A au pôle V : mésomères (an 1 et an 2), macromères (vég 1 et vég 2) et micromères.
• environ 24 h après que la blastula se soit libérée de l’enveloppe de fertilisation (éclosion), la moitié polaire de l’hémisphère végétatif de la larve, soit vég 2 et micromères, s’aplatit, formant la plaque végétative
• une portion des micromères de la plaque végétative prolifèrent, se détachent de la plaque et migrent dans le blastocoele
• ces micromères vont fusionner et former un syncitium, c’est le mésenchyme primaire, à l’origine du squelette de carbonate de calcium de la larve pluteus
• ce qui reste de la plaque végétative s’invagine dans le blastocoele
• ce faisant, les micromères restants s’en détachent et migrent dans le blastocoele, constituant le mésenchyme secondaire qui formera divers organes internes dans le coelome
• mésenchyme primaire et mésenchyme secondaire forment le feuillet intermédiaire, le mésoderme
• le mouvement d’embolie de la plaque végétative s’est produit de façon active, c’est-à-dire grâce à des forces intrinsèques à la plaque, et non pas parce que les cellules adjacentes poussent sur la plaque pour
  la forcer à s’invaginer
• la plaque végétative invaginée, qui ne comprend maintenant que les macromères vég 2, se trouve à former une structure tubulaire, l’archentéron ou intestin embryonnaire, constituant l’endoderme, le
  feuillet le plus interne
• l’archentéron s’ouvre à l’extérieur par un orifice appelé blastopore, qui devient
  l’anus chez l’adulte
• l’hémisphère animal, qui comprend les mésomères et les macromères vég-1, forment ensemble l’ectoderme, qui recouvre les deux autres feuillets complètement internalisés, le mésoderme se trouvant en position intermédiaire entre l’endoderme et l’ectoderme
• la mise en place des trois feuillets
  fondamentaux est achevée et ceux-ci sont emboîtés
• l’ectoderme près du toit de l’archentéron s’invagine légèrement et s’en rapproche. Les deux entrent en contact et fusionnent, formant la membrane stomodéale, qui se perfore
• cette ouverture s’appelle stomodeum, puis bouche chez l’adulte
• le tube digestif continu, de l’orifice d’entrée à l’orifice de sortie, est ainsi formé

Question 10

Mouvements morphogénétiques de la gastrulation de l’oursin

Answer 10

• prolifération polaire (de micromères du pôle végétal)
• migration (de ces micromères dans le blastocoele, formant le mésenchyme primaire)
• invagination ou embolie (de la plaque végétative, formant l’archentéron)
• migration (des autres micromères de la plaque végétative dans le blastocoele, formant le mésenchyme secondaire)
• invagination (d’une portion de l’ectoderme qui fusionne avec l’endoderme de l’archentéron vis-à-vis, pour former la membrane stomodéale qui se rompt, créant le stomodeum)

Question 11

Amphibien après segmentation

Answer 11

• oeuf mésolécithe et hétérolécithe; segmentation holoblastique, radiaire, totale et inégale
• la taille des blastomères augmente du pôle A au pôle V et le blastocoele réduit occupe principalement l’hémisphère animal
• les produits accumulés pendant l’ovogenèse se retrouvent dans le cytoplasme de l’oeuf, puis du zygote, selon un gradient décroissant du pôle animal au pôle végétatif, sauf pour le vitellus qui suit un gradient inverse
• ces gradients réciproques sont maintenus
  durant la segmentation et caractérisent la blastula entière
• Les espèces amphibiennes étudiées initialement par les scientifiques possédaient des oeufs pigmentés,
  dont le pigment est plus abondant dans l’hémisphère animal que végétal
• elles ont justement été choisies pour cette caractéristique, le pigment facilitant l’observation du développement embryonnaire avec les moyens de l’époque
• à la fécondation, l’entrée du noyau et du centriole mâles a réorganisé le cytoplame de l’oeuf, incluant son pigment, si bien que, chez le zygote, le pigment dessine un croissant
  gris à l’antipode du point d’entrée du spermatozoïde
• à la segmentation, la répartition du cytoplasme pigmenté dans les blastomères-fils fait que le croissant gris demeure visible à la surface de la blastula (les blastomères superficiels les plus pigmentés dessinent ensemble un croissant) juste sous l’équateur

Question 12

Gastrulation amphibien

Answer 12

• la gastrulation commence dans la région dite du croissant gris. Le feuillet de blastomères au niveau du croissant gris s’invagine légèrement, invagination prenant la forme d’un sillon horizontal à la surface
  de la blastula : c’est la lèvre dorsale du blastopore (LDB)
• le feuillet de l’hémisphère animal entreprend alors un mouvement actif en direction de la LDB
• quand ces blastomères l’atteignent, ils pénètrent dans le blastocoele par la LDB et glissent sous le feuillet animal en mouvement, poussant de plus en plus vers l’intérieur les cellules qui formaient initialement
  la LDB
• ainsi, la LDB n’est pas une structure statique, mais est composée de cellules continuellement en mouvement vers l’intérieur de l’embryon
• ce mouvement morphogénétique est appelé épibolie
• la LDB réfère à l’aspect de fente horizontale observée à la surface de l’embryon et a été nommée avant qu’on comprenne les mouvements morphogénétiques qui se produisent (la légère embolie initiale puis
  l’épibolie)
• les blastomères du plancher du blastocoele qui, à cause de leur contenu vitellin, ne peuvent s’invaginer activement, sont tirés dans le blastocoele par le mouvement actif d’épibolie des blastomères animaux.
  Ils sont donc passivement amenés à l’intérieur du blastocoele
• au fur et à mesure de ces mouvements,
  des lèvres latérales (2) et ventrale (1) du blastopore se dessinent, délimitant une ouverture ronde
• quand on regarde l’embryon de surface, les blastomères vitellins (jaunâtres) tirés passivement à l’intérieur apparaissent comme un bouchon obstruant le blastopore, appelé bouchon vitellin
• le front cellulaire d’épibolie progresse sur toute la surface interne du blastocoele et tire avec lui de plus en plus de blastomères vitellins de l’hémisphère végétatif, ensemble délimitant une structure à peu près
  tubulaire à l’intérieur du blastocoele : l’archentéron
• comme de plus en plus de cellules pénètrent
  (activement et passivement) dans le blastocoele, la taille de l’archentéron augmente au détriment du blastocoele, qui rétrécit graduellement, à l’antipode du blastopore, puis qui disparaît
• éventuellement, tous les blastomères vitellins ont été internalisés, et il n’y a plus de bouchon vitellin visible à la surface
  du blastopore
• ce dernier a l’aspect d’une fente verticale qui marque la position du futur anus, oblitéré.
• l’anus ne s’ouvrira que plus tard
• le toit de l’archentéron se trouve ainsi délimité par la portion du feuillet animal qui a été internalisée activement, et son plancher par les blastomères de l’hémisphère végétal qui ont été internalisés passivement
• les premières cellules qui formaient la LDB, soit les blastomères végétatifs situés juste sous l’équateur qui s’invaginent légèrement, constituaient le front de migration
• elles sont internalisées
• plus tard que ces cellules formeront une portion de l’épithélium du pharynx, de
  l’endoderme
• les prochains blastomères à former la LDB, internalisés par épibolie, provenaient de l’hémisphère animal juste sus l’équateur
• ils forment une partie du toit de l’archentéron et sont qualifiés de mésoblastiques, car ils sont à l’origine du mésoderme de la tête
• les prochains blastomères à s’internaliser activement par la LDB, formant eux aussi le toit de l’archentéron, derrière les précédents, sont appelés chordamésodermiques : précurseurs d’une structure
  caractéristique des Vertébrés, la notochorde
• les gros blastomères du plancher de l’archentéron, quant à eux, amenés à l’intérieur de façon passivement (tirés par le front actif d’épibolie), constituent le reste de l’endoderme (après le pharynx)
• les tout derniers blastomères de l’hémisphère végétal à être tirés passivement à l’intérieur ne bordent pas l’archentéron
• ces cellules non vitellines forment un feuillet juste en profondeur des cellules les plus externes de l’hémisphère végétal et elles sont mésoblastiques
• les cellules endodermiques et mésodermiques étant toutes internalisées, les cellules restant en position
  externe, visibles à la surface de l’embryon, constituent l’ectoderme
• à la suite des mouvements précédents, seul le plancher de l’archentéron est endodermique, son toit étant constitué de mésoblaste
• des mouvements morphogénétiques additionnels se produisent et le tube
  digestif sera entièrement tapissé d’endoderme
• d’abord, un espace se crée entre le feuillet
  mésoblastique et l’un et l’autre feuillet auquel il est apposé (ectoderme et endoderme). Les cellules endodermiques adjacentes à celles formant le pharynx entreprennent alors un mouvement d’épibolie par-dessus l’archentéron et vers le blastopore
• ceci recouvre le toit de l’archentéron d’endoderme et referme l’archentéron au niveau du blastopore
• ce faisant, les cellules mésodermiques migrent, plus ou moins individuellement, latéralement et ventralement dans l’espace créé entre l’endoderme et l’ectoderme, tout autour de l’embryon
• ainsi, à la fin de la gastrulation, les trois feuillets fondamentaux sont emboîtés

Question 13

Gastrulation oursin vs. amphibien

Answer 13

• chez qui la gastrulation commence au pôle végétatif de la blastula, la gastrulation amphibienne commence près de l’équateur, où les cellules contiennent moins de vitellus
  que celles du pôle végétatif, mais suffisamment pour ne pouvoir s’invaginer significativement

Question 14

Gastrulation amphibienne : LDB

Answer 14

• la LDB marque le point de départ de la gastrulation
• si elle est transplantée dans une autre région de la blastula, la gastrulation pourrait s’amorcer à cet endroit
• puisque la LDB se forme au croissant gris, on
  a initialement soupçonné qu’il contenait des facteurs cytoplasmiques, tel le pigment, capables d’initier la formation de la LDB
• on sait maintenant que la formation de la LDB n’est pas déterminée par le
  pigment (n’existe-t-il pas des espèces non pigmentées?), mais par des facteurs morphogènes dans les blastomères profonds au croissant gris, dont la b-caténine, qui est exprimée à partir d’un certain stade
  de la segmentation dans ces blastomères
• les réarrangements du cytoplasme de l’oeuf occasionnés par l’entrée du spermatozoïde sont responsables de la distribution asymétrique, non seulement du pigment,
  mais aussi des morphogènes

Question 15

Oiseau avant la gastrulation

Answer 15

• oeuf télolécithe; segmentation n’affectant que le cytoplasme actif du zygote et résultant en la formation d’un blastodisque dont les petits blastomères sont dépourvus de vitellus, et qui repose sur l’énorme masse vitelline, avec la cavité sous-germinale entre les deux
• puis le blastodisque s’est délaminé : un feuillet de blastomères aboutit dans la cavité sous-germinale et forme l’hypoblaste, le reste des blastomères forme l’épiblaste. Entre l’épiblaste et l’hypoblaste se trouve le blastocoele
• vue de surface, le blastodisque montre deux régions de densité différente en terme de passage de la lumière (à la loupe ou au microscope) :
  
  • l’aire pellucide, région centrale, est plus claire vu la présence du blastocoele et de la cavité sous- germinale sous les blastomères qui permettent à la lumière de traverser les tissus;
  • l’aire opaque, autour de l’aire pellucide, apparaît plus sombre parce que les blastomères reposent directement sur le vitellus, empêchant le passage de la lumière
• c’est à ce stade que l’oeuf est pondu

Question 16

Oiseau : gastrulation

Answer 16

• chez le poulet, la gastrulation commence dès les premières heures d’incubation de l’oeuf. Le premier indice est un épaississement à une extrémité de l’aire pellucide, qui correspond à ce qui sera le bout postérieur ou caudal de l’embryon
• cet épaississement progresse antérieurement ou rostralement sur la ligne médiane, sur environ 75% de l’aire pellucide
• il témoigne d’une migration convergente de cellules de l’aire pellucide vers le bout caudal puis, sur la ligne médiane, vers l’avant, constituant la ligne primitive, dont le bout antérieur est renflé, le noeud primitif ou de Hensen
• la ligne primitive marque l’axe rostrocaudal de l’embryon et constitue la caractéristique structurale majeure de la gastrulation des oiseaux, comme de celle des reptiles et des mammifères (donc, des Amniotes).
• c’est l’hypoblaste qui induit la formation de la ligne primitive; l’enlever retarde tout développement subséquent, tant que l’épiblaste n’a pas généré, par délamination, une nouvelle couche hypoblastique. - l’hypoblaste dirige la formation et la directionnalité de la ligne primitive
• une dépression se creuse dans la ligne primitive, le sillon primitif, et dans le noeud primitif, celle-ci en forme d’entonnoir, la gouttière primitive
• le sillon et la gouttière témoignent de la migration de cellules de l’épiblaste en profondeur, vers l’intérieur de l’embryon
• la ligne primitive et le noeud primitif sont donc analogues à la LDB amphibienne
• à l’instar de la LDB, le sillon et la gouttière consistent donc en populations cellulaires continuellement en changement
• toutefois, contrairement aux amphibiens chez qui les mouvements concernent des feuillets cellulaires, chez les amniotes les cellules de l’épiblaste migrent individuellement vers l’intérieur

Question 17

5 grandes vagues de la migration des cellules de l’épilante vers l’intérieur de l’embryon amniote

Answer 17

1. les premiers blastomères de l’épiblaste empruntent le sillon primitif et la gouttière primitive et se dirigent profondément et rostralement de sorte à déplacer l’hypoblaste de la région rostrale de l’embryon
   
   • ces cellules tapisseront le pharynx
   • ainsi, une partie de l’endoderme est maintenant internalisée.
2. les prochains blastomères empruntent aussi le sillon primitif et la gouttière primitive mais migrent rostralement dans le blastocoele entre l’endoderme et l’épiblaste; ils formeront le mésoderme de la tête
   
   • la migration de toutes ces cellules a soulevé la région rostrale de l’embryon, formant le bourgeon de la tête
   • le blastodisque dans son ensemble s’allonge.
3. les prochaines cellules migrent par le sillon primitif et déplaçent l’hypoblaste latéralement et caudalement pour donner naissance au reste des structures endodermiques embryonnaires et à des structures extra-embryonnaires.
4. les cellules suivantes empruntent le sillon primitif et s’étendent en feuillet lâche dans le blastocoele, latéralement et caudalement, entre l’endoderme et l’épiblaste, et sont à l’origine du reste du mésoderme embryonnaire et au mésoderme extra-embryonnaire
   
   • à 22 heures d’incubation chez le poulet, la majorité des cellules endodermiques présomptives se trouvent à l’intérieur de l’embryon alors que des cellules mésodermiques présomptives continuent de migrer pendant une période de temps prolongée.
5. les cellules épiblastiques de la dernière vague d’internalisation migrent par la gouttière et le sillon, peu profondément, et restent en plein sur la ligne médiane
   
   • cette migration s’effectue selon un gradient rostrocaudal
   • ainsi, lorsque le blastodisque est observé de surface, on retire l’impression que la gouttière et le sillon régressent petit à petit rostrocaudalement, alors que l’épiblaste se referme par-dessus
   • les dernières cellules qui ont migré forment la notochorde
   • le noeud primitif ayant régressé au point le plus caudal indique la position du futur anus
   • une fois toutes ces migrations cellulaires terminées, les cellules de l’épiblaste qui restent en surface constituent l’ectoderme

Question 18

Gradient rostrocaudal de développement

Answer 18

• tandis que la portion caudale de l’embryon est encore en gastrulation, la portion rostrale amorce l’organogenèse et, durant toute l’organogenèse, sera plus avancée dans son développement que la région caudale
• le gradient rostrocaudal de développement s’observe chez tous les Vertébrés, mais est moins marqué chez les Anamniotes

Question 19

Acide hyaluronique

Answer 19

• contrairement aux amphibiens chez qui des feuillets cellulaires migrent dans le blastocoele, chez les oiseaux ce sont des cellules individuelles qui migrent (ingression) et elles forment des tissus lâches, particulièrement le mésoderme
• les cellules migrantes se déplacent sur un substrat de polysaccharides, dont l’acide hyaluronique, sécrétés par les cellules épiblastiques dès le début de la gastrulation
• si l’enzyme hyaluronidase est injectée dans le blastocoele, les cellules ne migrent pas et s’agrègent
• l’acide hyaluronique est donc requis pour que les cellules demeurent individuelles et conservent leur propriété migratoire

Question 20

Fin de la gastrulation : oiseaux

Answer 20

• à la fin de la gastrulation aviaire, le feuillet endodermique ne forme pas une structure tubulaire, comme l’archentéron de l’oursin ou de la grenouille, mais un feuillet plat, donc pas un véritable archentéron
• les trois feuillets fondamentaux de l’embryon même ne sont pas emboîtés mais superposés, empilés
• néanmoins, pendant que se poursuit la gastrulation, et moyennant des divisions mitotiques, l’endoderme remplace l’hypoblaste tout autour du vitellus et, de même, des cellules ectodermiques, reliées par des jonctions cellulaires, entament un mouvement d’épibolie pour entourer le vitellus, quoique incomplètement
• leur face apicale adhère à l’enveloppe de fertilisation (qui se désintègre au fur et à mesure) et les cellules s’étendent sous elle
• le mésoderme extra-embryonnaire lui aussi entourera le vitellus, entre l’endoderme et l’ectoderme
• ensemble, le vitellus et les trois feuillets qui l’entourent constituent le sac vitellin
• la formation du sac vitellin prend 4 jours chez le poulet
• les trois feuillets extra-embryonnaires du sac vitellin sont continus avec les trois feuillets embryonnaires

Question 21

Gastrulation : mammifères

Answer 21

• bien que les mouvements morphogénétiques de la gastrulation des reptiles et des oiseaux aient évolué en adaptation à des oeufs très vitellins subissant une segmentation méroblastique, ils ont été retenus chez les mammifères, dont l’œuf est pourtant alécithe et la segmentation holoblastique
• en fait, l’épiblaste embryonnaire de la blastula mammalienne est comparable à l’épiblaste aviaire, et il s’y produit les mêmes mouvements morphogénétiques que chez l’oiseau
• une migration convergente de blastomères produit un épaississement caudal, le noeud primitif, qui progresse rostralement sur la ligne médiane pour former la ligne primitive
• la ligne et le nœud primitifs se creusent en sillon et gouttière par lesquels migrent les précurseurs endodermiques et mésodermiques, suivant les 5 vagues décrites précédemment
• les blastomères restant en surface constituent l’ectoderme.
• il en résulte ici aussi une gastrula à feuillets fondamentaux empilés
• ainsi, tout le processus de gastrulation s’est conformé à ce décrit chez l’oiseau, nonobstant un sac vitellin dépourvu de vitellus

Question 22

Axes et polarité

Answer 22

• chez les Vertébrés, à symétrie bilatérale, le premier axe à se manifester au cours du développement embryonnaire est l’axe dorsoventral, qui correspond à l’axe animal-végétal
• cet axe se trouve à définir quelle est la face dorsale et quelle est la face ventrale de l’embryon
• dès le début de la gastrulation, on sait quel sera le bout caudal (lieu de formation initiale de la LDB ou du noeud primitif : futur anus) et, conséquemment, diamétralement opposé, le bout rostral
• une ligne coupant cet axe sépare l’embryon en deux moitiés, gauche-droite, et établit la symétrie bilatérale
• en examinant le développement rétrospectivement, on réalise que les axes étaient déterminés plus tôt qu’ils n’apparaissent, par la polarisation intrinsèque de l’oeuf et par son réaménagement suivant l’entrée du spermatozoïde
• les bases moléculaires et génétiques de la polarité ont fait l’objet et font encore l’objet de nombreuses recherches

Question 23

Territoires présomptifs

Answer 23

• différentes techniques permettent de marquer une cellule ou un groupe de cellules et d’en suivre l’évolution temporelle
• ceci a permis de mieux décrire les mouvements de gastrulation et de tracer le devenir des cellules de la gastrula, établissant ainsi la carte des territoires présomptifs de l’embryon

Question 24

Deutérostomes vs Protostomes

Answer 24

• les Métazoaires peuvent être scindés en deux grands embranchements
• les Deutérostomes sont les animaux dont les blastomères sont à 90° les uns des autres, possédant une capacité de régulation, et dont l’anus se forme avant la bouche
• les Protostomes ont des blastomères à angle aigu les uns par rapport aux autres et connaissent une segmentation spiralée, avec peu de capacité de régulation; la bouche se forme avant l’anus

Question 25

Gastrulation : comparaisons : mouvements migratoires

Answer 25

• oursins et amphibiens : feuillets cellulaires sont internalisés (embolie, épibolie) principalement
• vertébrés amniotes : uniquement des cellules individuelles sont internalisées (ingression)

Question 26

Gastrulation : comparaisons : archentéron

Answer 26

• oursins et amphibiens : archentéron formée : 3 feuillets emboités
• vertébrés amniotes : pas d’archentéron : 3 feuillets empilés
• oursin : anus et bouche formés durant la gastrulation
• vertébrés : anus pas encore ouvert et bouche pas formée durant la gastrulation