Transcript realisation de la forme du corps

Service de Biologie
de la Reproduction
REALISATION DE LA FORME DU CORPS DE L’EMBRYON
DURANT LA 4e SEMAINE
Pr. Manuel MARK
Faculté de Médecine et Hôpitaux Universitaires de Strasbourg
REMARQUE PRELIMINAIRE
Bien que la transition ne soit pas brutale, il est habituel de parler de:
 Période embryonnaire, dominée par la morphogenèse
( = modelage des structures corporelles externes et internes et organogenèse),
jusqu’à 8 semaines.
 Période fœtale, dominée par la croissance du corps et des organes et
par l’organisation des cellules en tissus (= histogenèse) , entre 8 et 38 semaines.
RAPPEL
Droite
Antérieur
= crânial
Ventral
Dorsal
Postérieur
ou caudal
L’embryon est orienté par rapport à 3 axes orthogonaux:
antéro-postérieur, dorso-ventral et gauche-droite
REALISATION DE LA FORME DU CORPS
I. LA PLICATURE DE L’EMBRYON = DELIMITATION DE L’EMBRYON
= Individualisation de l’embryon par rapport à l’amnios et à la vésicule vitelline;
= Transformation d’un embryon plan en un embryon cylindrique (« tubuliforme »).
LE DISPOSITIF INITIAL: DISQUE EMBRYONNAIRE,
TRIDERMIQUE, PLAT et OVALAIRE (fin de la 3e / début de la 4e semaine.)
Chorde
Plaque neurale
Amnios
Postérieur
Ebauche
du cœur
Allantoïde
Antérieur
Endoderme
(plafond de
la V.V.)
1.
2.
3.
4.
Vésicule
vitelline (V.V.)
Représentation schématique
d’une coupe sagittale
L'embryon est plan et de forme ovale;
Il possède une paroi dorsale, contenant la chorde et la plaque/ gouttière neurale;
Il n’a ni parois latérales, ni paroi ventrale;
Son cœur (pair, apparu vers18 jours) est l’organe le plus antérieur.
LE DISPOSITIF INITIAL: DISQUE EMBRYONNAIRE,
TRIDERMIQUE, PLAN et OVALAIRE (fin de la 3e sem.)
Chorde
Membrane
cloacale
Plaque neurale
Membrane buccopharyngienne
amnios
Ebauche
du cœur
Endoderme
(plafond de
la V.V.)
Allantoïde
vésicule
vitelline (V.V.)
Représentation schématique
d’une coupe sagittale
5. Il est tridermique, à l'exception de 2 régions :
- en avant, la membrane bucco-pharyngienne, entre le cœur et la plaque neurale;
- en arrière la membrane cloacale, entre le reste de la ligne primitive et le départ de l’allantoïde.
LE DISPOSITIF INITIAL: DISQUE EMBRYONNAIRE TRIDERMIQUE et PLAN
Gouttière neurale
amnios
Aire
embryonnaire
Chorde
vésicule
vitelline
Représentation schématique d’une coupe transversale
Il est recouvert par l’amnios et repose sur la vésicule vitelline, dont le « plafond» se
confond avec l’endoderme embryonnaire.
LE DISPOSITIF INITIAL: DISQUE EMBRYONNAIRE TRIDERMIQUE et PLAN
Gouttière neurale
Cœlome embryonnaire
en voie de formation
Aire
embryonnaire
Chorde
Communication complète
Cœlome
extra - embryonnaire
Représentation schématique d’une coupe transversale
au début de la 4e semaine
Il n’existe pas encore de limite entre les cœlomes embryonnaire et extraembryonnaire.
LA PLICATURE DE L'EMBRYON (4e sem.)
Phénomène par lequel le disque embryonnaire se transforme
en un embryon cylindrique (ou tubuliforme ).
C'est la différence de croissance entre aire embryonnaire
et sac vitellin qui en constitue le moteur essentiel.
La région latérale (ou pariétale = paroi) du disque embryonnaire,
contenant le cœlome intra-embryonnaire
se plisse et forme un angle avec la vésicule vitelline.
Son arête constitue le pli limitant. On peut le scinder en :
1. deux plis limitants latéraux;
2. un pli limitant céphalique (ou antérieur);
3. un pli limitant caudal (ou postérieur).
PLIS LIMITANTS LATERAUX
Tube neural
Mésoderme
intermédiaire
Mésoderme
para-axial
Somatopleure
intra-emb.
Cœlome
embryonnaire
Chorde
Splanchnopleure
intra-emb.
Les côtés droit et gauche du disque embryonnaire s'incurvent en direction ventrale .
PLIS LIMITANTS LATERAUX
1. Union des 2 feuillets ectodermiques et celle des 2 somatopleures,
Tube neural
Mésoderme
para-axial
Chorde
Cœlome
extra - embryonnaire
Ectoderme
Somatopleure
intra-emb.
(= somatopleure)
Représentation schématique
d’une coupe transversale
PLIS LIMITANTS LATERAUX
… à l'origine des parois latérales et ventrale de l'embryon
Tube neural
Mésoderme
para-axial
Chorde
Cœlome
extra - embryonnaire
Ectoderme
Somatopleure
intra-emb.
Représentation schématique
d’une coupe transversale
PLIS LIMITANTS LATERAUX
1. L’union des 2 feuillets ectodermiques et celle des 2 somatopleures,
est à l'origine des parois latérales et ventrale de l'embryon.
Pédicule de fixation
Paroi ventrale
Paroi dorsale
TEMPS
24 jours
Milieu 4ème semaine
28 jours
Paroi latérale en voie de formation
Saillie
cardiaque
Fin 4e semaine
Bourgeon du membre supérieur
PLIS LIMITANTS LATERAUX
2. Union des 2 feuillets endodermiques et celle des 2 splanchnopleures,
Tube neural
Représentation schématique
d’une coupe transversale au
cours de la 4e semaine
Chorde
Mésoderme
para-axial
Cœlome
extra - embryonnaire
Endoderme
Splanchnopleure
intra-embryonnaire
(splanchnopleure)
Vésicule vitelline
PLIS LIMITANTS LATERAUX
… à l'origine du tube digestif primitif (= intestin primitif),
Représentation schématique
d’une coupe transversale
Chorde
Tube digestif primitif
= Intestin primitif
(= tube endodermique doublé
extérieurement
par la splanchnopleure)
Tube neural
Mésoderme
para-axial
Cœlome
extra - embryonnaire
Splanchnopleure
intra-emb.
PLIS LIMITANTS LATERAUX
…- rectiligne, sagittal, médian;
- entièrement fermé du coté dorsal;
- fermé, à ses 2 extrémités, par les régions didermiques;
- Présentant une évagination ventrale, le diverticule respiratoire
- communiquant du côté ventral: (1) avec la vésicule vitelline, par le canal vitellin;
(2) avec l’allantoïde.
Diverticule
respiratoire
Jonction
tube digestif
- canal vitellin
Membrane
cloacale
Membrane
bucco-pharyngienne
Pédicule
de fixation
Allantoïde
Canal vitellin
Vésicule vitelline
PLIS LIMITANTS LATERAUX
3. Union des 2 ébauches cardiaques primordiales,
Gouttière neurale
Cavité
amniotique
2 aortes
dorsales
Vésicule
vitelline
Coupe transversale,
21 jours
2 ébauches cardiaques primordiales formées dans la splanchnopleure
PLIS LIMITANTS LATERAUX
… à l'origine du tube cardiaque primitif, impair et médian
(devenant le premier organe fonctionnel de l’embryon, dès 24 jours).
Gouttière neurale
Cavité amniotique
2 aortes
dorsales primitives
Intestin
primitif
antérieur
Cœlome embryonnaire
Tube cardiaque
primitif
Coupe transversale, 22 jours
PLIS LIMITANTS LATERAUX
4. Union des moitiés droite et gauche du cœlome intra-embryonnaire ( = cœlome
embryonnaire)…
Tube neural
Mésoderme
para-axial
Représentation schématique
d’une coupe transversale
Chorde
Cœlome
extra-embryonnaire
Cœlome
intra-embryonnaire
Ectoderme
Somatopleure
intra-emb.
Communication entre cœlome
intra- et extra-embryonnaire
Splanchnopleure
intra-embryonnaire
Vésicule vitelline
PLIS LIMITANTS LATERAUX
… à l'origine d'une cavité unique qui ne communique plus avec le cœlome extra-emb
(sauf au niveau du cordon ombilical).
Tube neural
Représentation schématique
d’une coupe transversale
Mésoderme
para-axial
Chorde
Cœlome
extra-embryonnaire
Coelome
intra-embryonnaire.
unique
Ectoderme
Splanchnopleure
intra-emb.
Somatopleure
intra-emb.
Tube digestif primitif
PLI LIMITANT CEPHALIQUE
Tube digestif
primitif
Tube digestif
primitif
Extrémité antérieure
du tube neural
Ebauche cardiaque
La plicature céphalique est accentuée par la croissance de la portion
antérieure du tube neural (= futur encéphale), entouré par du mésenchyme (dérivé des
CCN) et par de l’ectoderme, formant la masse frontonasale (= bourgeon frontal)
PLI LIMITANT CEPHALIQUE
Tube digestif
primitif
Membrane bucco-pharyngienne
Saillie cardiaque
Pli limitant céphalique
Du fait de la plicature céphalique, le cœur embryonnaire migre vers la future région
thoracique et forme (avec le cœlome qui l’entoure), la saillie cardiaque
PLI LIMITANT CEPHALIQUE
Tube digestif
primitif
céphalique
Jonction
tube digestif
- canal vitellin
Membrane
cloacale
Membrane
bucco-pharyngienne
Pédicule
de fixation
Allantoïde
Canal vitellin
Vésicule vitelline
Entre la masse frontonasale et la saillie cardiaque se constitue une invagination
ectodermique, la bouche primitive ou stomodeum.
PLI LIMITANT CEPHALIQUE
Chorde
Le pli limitant céphalique participe
Prosencéphale
aussi à la l’individualisation
du tube digestif primitif céphalique
TD primitif céphalique
Tube cardiaque primitif
Cœlome à l’origine
de la cavité péricardique
Amnios
Coupe sagittale à travers l’extrémité
céphalique
Membrane bucco-pharyngienne
La membrane bucco-pharyngienne est déplacée au fond du stomodeum
PLI LIMITANTCAUDAL
Tube digestif
primitif
Jonction
tube digestif
- canal vitellin
Membrane
cloacale
Membrane
bucco-pharyngienne
Pédicule
de fixation
Allantoïde
Canal vitellin
Vésicule vitelline
- La plicature caudale est accentuée par la croissance du bourgeon caudal.
- A pour conséquence le déplacement de la membrane cloacale et de l’allantoïde sur la
face ventrale de l'embryon.
PLI LIMITANTCAUDAL
Tube neural
Cloaque = carrefour digestif
et urinaire de l’embryon
Chorde
Tube digestif primitif postérieur
Amnios
Reste de la ligne
primitive
Allantoïde
Membrane cloacale
Bourgeon caudal
Coupe sagittale à travers l’extrémité caudale
Animation
Représentation schématique d’une coupe sagittale
REALISATION DE LA FORME DU CORPS
II. LE BOURGEON CAUDAL
LE BOURGEON CAUDAL « QUEUE » D’UN EMBRYON HUMAIN A 4 SEMAINES
C’est le reste de la ligne primitive après l’achèvement de la gastrulation
Siège de phénomènes de métamérisation du mésoderme para-axial et de neurulation
différés dans le temps .
LE DEVENIR DU BOURGEON CAUDAL
Le bourgeon caudal est à l'origine
des structures les plus postérieures du corps
(par exemple: vertèbres sacrées et coccygiennes,
canal anal).
La partie du bourgeon caudal
postérieure à la membrane cloacale régresse.
Exemple: Coccyx: à l’origine ~ 10 p. de somites,
mais seulement ~ 4 vertèbres
Colonne vertébrale vue de profil
QUEUE VESTIGIALE
(exceptionnelle)
SYNDROME DE REGRESSION CAUDALE (ici avec SIRENOMELIE)
- Du à l’hypoplasie du bourgeon caudal
(ou à sa régression excessive)
Syndrome polymalformatif qui inclut notamment:
- des agénésies de vertèbres lombaires et sacrées,
- une atrésie anorectale (le rectum se termine en cul de sac)
- se complique souvent d’une fusion des membres inférieurs
(= sirénomélie)
REALISATION DE LA FORME DU CORPS
III. LES BOURGEONS DES MEMBRES ( 4e – 5e SEMAINES )
Paroi du corps de l’embryon
LES BOURGEONS DES MEMBRES (4e-5e sem.)
Bourgeon de
membre
Les bourgeons de membres apparaissent
durant les 4e et 5e semaines:
- sous la forme de 4 excroissances
de la somatopleure, recouvertes par l’ectoderme,
- en regard des somites cervicaux inf. et des somites lombaires inf.
BOURGEON DE MEMBRE (4e-5e sem.)
L3-L5
Ectoderme
Crête
ectodermique
apicale
Somatopleure
Cœlome embryonnaire
C5-C7
Souris; équivalent humain = à 4 sem.
Chaque bourgeon du membre est dérivé de la somatopleure et de l’ectoderme
BOURGEON DE MEMBRE (4e-5e sem.)
AER
coupe
épaisse
Vue externe
En coupe
Crête ectodermique apicale (AER, Apical Ectodermal Ridge)
BOURGEON DE MEMBRE (4e-5e sem.)
28 jours
32 jours
Stade du bourgeon chez un embryon humain (4e et 5e sem.): le développement du membre
supérieur est en avance de 3 - 4 jours sur celui du membre inférieur
ORIGINE DES TISSUS FORMANT LES MEMBRES
Ectoderme
Somatopleure (mésoderme latéral)
Myotome (mésoderme para-axial)
Epiderme (épithélium de la peau)
Derme, hypoderme et squelette
(os, articulations)
Muscles (striés)
Ligne médiane
Localisation initiale
du myotome
Muscles
des membres
MECANISMES MOLECULAIRES INTERVENANT DANS LA FORMATION
DU BOURGEON DE MEMBRE
Proximal
Paroi du corps de l’embryon
Antérieur
Position
future du pouce
Un membre est défini par 3 axes
Bourgeon de
membre
Distal
orthogonaux:
- proximo-distal (de la ceinture,
scapulaire ou pelvienne, vers l’extrémité
des phalanges)
- antéro-postérieur (du pouce vers le 5e
Position
Postérieur future du 5e doigt
doigt)
- dorso-ventral (du dos vers la paume)
MISE EN PLACE DE L’AXE PROXIMODISTAL:
FONCTION DE LA CRÊTE ECTODERMIQUE APICALE (AER)
mésoderme à forte
activité mitotique
AER
mésoderme à
faible activité
mitotique
AER
TEMPS
(les cellules
s’éloignent
passivement
de l’AER)
L’ AER (Apical Ectodermal Ridge) joue un rôle fondamental dans la croissance proximodistale en maintenant dans le mésoderme latéral sous-jacent une activité mitotique
importante, permettant l'allongement du bourgeon.
MISE EN PLACE DE L’AXE PROXIMODISTAL:
FONCTION DE LA CRÊTE ECTODERMIQUE APICALE (AER)
TEMPS
L’ablation chirurgicale de l’AER provoque :
- un arrêt de prolifération les cellules
mésodermiques sous-jacentes : la
TEMPS
croissance du membre s’arrête.
- un raccourcissement (troncation) du
membre, d’autant plus étendu que l’ablation
est réalisée précocement au cours du
développement.
FONCTION DE LA CRÊTE ECTODERMIQUE APICALE (AER)
Expérimentalement, les effets de l’AER peuvent
être reproduits par l’implantation d’une bille
poreuse imprégnée de FGF8 à l’extrémité d’un
bourgeon de membre.
FGF8 est le facteur paracrine fabriqué par
l’AER qui est responsable de la croissance
en longueur du bourgeon de membre.
In vivo, Le domaine d’expression du
peptide FGF8 (Fibroblast Growth Factor 8)
mis en évidence par hybridation in situ
( qui détecte les ARNm , ici en bleu)
se confond avec l’AER
MISE EN PLACE DE L’AXE ANTERO-POSTERIEUR:
FONCTION DE LA ZONE D’ACTIVITE POLARISANTE (ZPA)
ZPA
La détermination de l'axe antéro-postérieur est sous la dépendance de la zone d'activité
polarisante (ZPA, Zone of Polarizing Activity) = mésoderme occupant la région
postérieure du bourgeon de membre…
FONCTION DE LA ZONE D’ACTIVITE POLARISANTE (ZPA)
Doigts
Antérieur
Ventral
Proximal
Distal
Dorsal
Postérieur
Aile du poulet
L’expérience est réalisée sur le bourgeon d’aile qui ne forme que 3 doigts.
FONCTION DE LA ZONE D’ACTIVITE POLARISANTE (ZPA)
Transplantation
d’une ZPA surnuméraire
provenant d’un embryon donneur
Résultat obtenu:
duplication en miroir des doigts
Bourgeon
receveur
temps
…qui, greffé en position antérieure, induit une duplication en miroir des doigts.
FONCTION DE LA ZONE D’ACTIVITE POLARISANTE (ZPA)
Expression ectopique de SHH
Induite par le greffon
Domaine d’expression normal de SHH
Duplication en miroir des doigts
FONCTION DE LA ZONE D’ACTIVITE POLARISANTE (ZAP)
ZPA
SHH
Morphogène = une molécule
secrétée à partir d’une source
(= chez les vertébrés, un
AER
groupe de cellules) dont la
diffusion dans les tissus
ZPA
engendre un gradient de
concentration.
Les cellules situées dans le
champ de diffusion du
morphogène adoptent
une destinée différente pour
chaque concentration du
morphogène.
SHH = Sonic hedgehog
EN CONCLUSION
- Le peptide sécrété FGF8 est fortement exprimé dans l’AER.
- Les effets de l’AER sur la croissance du membre peuvent être reproduits par
implantation d’une bille imprégnée de FGF8.
- FGF8 est le facteur paracrine fabriqué par l’AER qui est (en grande partie)
responsable de la croissance en longueur du bourgeon de membre
- Le peptide sécrété SHH est fortement exprimé dans la ZPA.
- Les effets de la ZPA peuvent être reproduits par implantation d’une bille
imprégnée de SHH.
- SHH est le facteur paracrine fabriqué par la ZPA qui est (en grande partie)
responsable de la polarisation du bourgeon de membre le long de son axe
antéropostérieur. SHH est aussi un morphogène.
REALISATION DE LA FORME DU CORPS
IV. LA FORMATION DE LA FACE ET DU COU
(au cours de la 4e semaine)
- Masse frontonasale
- Arcs pharyngiens
LES ARCS PHARYNGIENS ou ARCS BRANCHIAUX
Masse frontonasale
Arcs plus postérieurs
= Cou
Saillie cardiaque
- Saillies paires et symétriques;
- Peuplées par des cellules mésenchymateuses dérivant de la crête neurale;
- Tapissés extérieurement par de l'ectoderme;
- Situées entre la masse frontonasale et la saillie cardiaque;
- Au nombre de 5, dont 4 sont visibles extérieurement.
Masse fronto-nasale
Partie médiane de la face
Placode olfactive
Bourgeon maxillaire
du 1er arc branchial
Membrane pharyngienne
en voie de résorption
Os maxillaire
Bourgeon mandibulaire
du 1er arc branchial
Os mandibulaire
4 semaines
2e arc branchial
La face se forme à partir de 2 éléments :
- la masse frontonasale (= extrémité dilatée du tube neural recouverte
par du mésenchyme et par de l’ectoderme)
- le premier arc pharyngien, bifide, ou arc maxillo-mandibulaire.
Masse fronto-nasale
ou bourgeon frontal
Bourgeon maxillaire
du 1er arc branchial
Membrane pharyngienne
en voie de résorption
Bourgeon mandibulaire
du 1er arc branchial
4 semaines
2e arc branchial
Entre la masse frontonasale et le premier arc pharyngien se constitue une cavité tapissée
par de l’ectoderme (= le stomodeum) au fond de laquelle est reléguée la membrane
bucco-pharyngienne en voie de résorption.
En RESUME
Masse fronto-nasale
Bourgeon caudal
1er arc pharyngien
Somite
28 jours
Saillie
cardiaque
Bourgeon du membre supérieur
- Au jour 28, l’embryon mesure 5 mm. La paroi ventrale est pratiquement achevée.
- 28 somites, 5 bourgeons faciaux et 4 paires d’arcs branchiaux sont visibles
ainsi que: les bourgeons des membres supérieurs, les placodes auditives, olfactives et
cristalliniennes.
- Le tube digestif est rectiligne sagittal, fermé du coté dorsal
- La saillie cardiaque est constituée; le cœur est fonctionnel
- Le tube neural est entièrement fermé.
QUELQUES TAILLES EMBRYONNAIRES
A 4 semaines
A 8 semaines
QUELQUES TAILLES EMBRYONNAIRES
Méthodes de mesure
Longueur maximale
~ 3 semaines
Longueur vertex-coccyx
à partir de 4 semaines
Vertex-coccyx = la distance entre le point culminant de la courbure céphalique (= courbure de la tête) et un
point situé au milieu de la ligne unissant les sommets des « fesses ».
Durant la 4e semaine, la taille de l’embryon passe de 2 mm à 5 mm
2 mm
2 mm
22 jours
24 jours
A la fin de la 8e semaine = fin de la période embryonnaire:
distance vertex-coccyx = 3 cm
Pour un enfant normal à terme:
Taille = 50 cm +/- 2 cm
(Poids de naissance = 3200 g +/- 500 g)
W.J. Larsen. Human Embryology, Churchill Livingstone, 2001
T. Sadler, Langman’s Medical Embryology, 11th ed., Lippincott Williams &. Wilkins