ZEBRAFISH

poisson_zebre

Le poisson zèbre, Danio rerio représente un modèle idéal pour l’étude du développement des vertébrés, du fait qu’il se reproduise abondamment (toute l’année) et soit facile à entretenir. De plus, ses œufs se développent hors de la mère et sont transparents.

Généralités.

Tout commence à partir d’un œuf fécondé par un spermatozoïde. Cet œuf fécondé est appelé zygote. Au tout début de sa vie, l’œuf fécondé va subir quelques divisions nucléaires et va se polariser (apparition d’un pôle animal et d’un pôle végétatif (ou végétal)).

Le pôle animal est constitué du noyau et des globules polaires, le pôle végétatif est constitué des réserves nécessaires au développement de l’œuf. Le pôle animal deviendra la tête alors que le pôle végétatif deviendra la queue. L’ensemble détermine un axe antéroposterieur.

A l’intérieur de cet œuf vont se succéder un certain nombre de divisions cellulaires conduisant à la formation des blastomères. A partir de là, débute la segmentation de l’œuf. Durant toute cette phase l’œuf garde le même diamètre et la même taille. Seul le nombre de cellules augmente.

Chez le poisson zèbre, la segmentation est partielle et se limite donc à une petite région de l’œuf (territoire cytoplasmique), c’est une segmentation discoïdale (se limite à un disque).

Le cytoplasme de l’œuf fécondé est dit hétérogène car la fécondation a pour effet de provoquer des remaniements cytoplasmiques avec des localisations préférentielles de molécules (ARN ou protéines). On a des déterminants moléculaires qui préfèreront la zone ventrale ou dorsale dans le futur de l’œuf : on parle de détermination.

Au cours des divisions successives, les potentialités vont se réduire. Les blastomères vont subir une étape de détermination et deviendront pluripotents puis ces cellules se différencient et deviennent unipotentes.

La gastrulation : Une phase dynamique

Il y a mise en place de la blastula (le futur estomac) grâce à une phase de migration cellulaire. On a des mouvements morphogénétiques qui vont modeler l’embryon et concrétiser la mise en place des territoires présomptifs. C’est le résultat de mouvements cellulaires de certaines régions de la blastula, de l’organisation de populations cellulaires définies qui constitueront l’ectoderme, le mésoderme et l’endoderme, du positionnement de ces feuillets les uns par rapport aux autres.

Tous ces mécanismes conduisent à l’établissement de nouvelles interactions cellulaires qui préparent l’embryon à la phase d’organogenèse. Certaines de ces interactions sont des inductions.

L’ectoderme donne la plaque neurale grâce à ces interactions. Il faut pour cela que l’ectoderme soit compétent à recevoir des informations pour activer certains gènes. Les tissus inducteurs et compétents sont limités dans le temps. À certain stade, l’ectoderme peut être ou non compétent. Un tissu compétent peut devenir inducteur à certains stades.

Remarque : On a une cascade d’inductions. Cette induction peut être une levée d’inhibition. Ces mécanismes font appel soit à des molécules sécrétées soit à des récepteurs membranaires.

L’innovation

Très récemment des scientifiques allemands ont réalisé la prouesse de suivre la formation d’un embryon de poisson zèbre en temps réel, cellule par cellule . Une révolution dans l’imagerie du vivant. Jusqu’à présent cela n’avait été réalisé que chez Caenorhabditis elegans, un ver ne comportant que 959 cellules à l’age adulte.

Vidéo en microscopie.

Vidéo téléchargeable à l’adresse suivante :
http://www.embl-heidelberg.de/digitalembryo/#Movies (© Philipp Keller, EMBL)

  1. Au tout début de la vidéo (environ 100 min de développement) il n’y a encore que 64 cellules et les multiplications cellulaires se succèdent rapidement.
  2. A 280 minutes (soit 6 secondes) débute la mise en place de la blastula.
  3. A 360 minutes (soit 10 secondes) nous sommes au milieu de la gastrulation
  4. A 550 minutes (15 secondes) c’est le mouvement d’épibolie qui est visible.
  5. A 900 minutes (25 secondes) c’est le début de la neurulation avec formation de la gouttière neurale.
  6. A 1440 minutes (45 secondes) on voit la mise en place des somites.

Reconstitution numérique.

Vidéo téléchargeable à l’adresse suivante :
http://www.embl-heidelberg.de/digitalembryo/#Movies
(© Philipp Keller, EMBL)

Ce film montre le développement cellule par cellule d’un embryon de poisson-zèbre durant les premières 24 heures. La couleur orange indique que la cellule bouge d’au moins 1,2 micromètre par minute, la couleur bleue, que la cellule est immobile.

Pour obtenir ces résultats, les biologistes allemands ont injecté dans l’oeuf juste fécondé des ARN messagers codant une protéine fluorescente se fixant à l’ADN. Puis ils ont suivi les noyaux cellulaires par microscopie avec illumination laser : un faisceau laser plan et fin a balayé l’embryon horizontalement et verticalement pendant 24 heures, la fluorescence émise par les cellules étant enregistrée à raison de 400 images toutes les 60 ou 90 secondes.

C’est cette technique de microscopie tridimensionnelle qui a permis un suivi de 24 heures.
« Contrairement aux techniques employées jusqu’alors, le faisceau lumineux se déplace ici très rapidement, ce qui réduit son effet phototoxique sur les cellules, explique Thierry Darribère, de l’université Pierre-et-Marie-Curie à Paris. Le suivi peut donc durer plus longtemps, et il n’est pas exclu qu’on puisse le prolonger au-delà de 24 heures. » (NDR: Propos repris de l’article de Sandrine Etien sur le site de la Recherche)

Les scientifiques ont alors obtenus 400 000 images à partir desquelles ils ont établi, grâce à des algorithmes innovants d’analyse d’image, une base de données numériques répertoriant la position de chaque cellule au cours du temps. Ils ont alors reconstruit un « embryon numérique » en trois dimensions. On y visualise la position des cellules et leurs déplacements avec une grande précision.

Une telle innovation laisse entrevoir des possibilités formidables pour l’étude d’autres vertébrés. Voilà désormais la piste de travail de cette équipe allemande.

Sources :
Mes précieux cours d’embryologie
Article de Sandrine Etien sur le site de La Recherche
Le site de l’équipe allemande.

Par fremen10

~ par bioprof sur décembre 22, 2008.

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