43.7 : Organogenèse et formation des vertébrés

Compétences à développer

• Décrire le processus d'organogenèse
• Identifier les axes anatomiques formés chez les vertébrés

La gastrulation entraîne la formation des trois couches germinales qui, au cours du développement ultérieur, donnent naissance aux différents organes du corps animal. Ce processus s'appelle l'organogenèse. L'organogenèse se caractérise par des mouvements rapides et précis des cellules de l'embryon.

Organogenèse

Les organes se forment à partir des couches germinales par le biais du processus de différenciation. Au cours de la différenciation, les cellules souches embryonnaires expriment des ensembles spécifiques de gènes qui détermineront leur type de cellule ultime. Par exemple, certaines cellules de l'ectoderme exprimeront les gènes spécifiques aux cellules de la peau. Par conséquent, ces cellules se différencieront en cellules épidermiques. Le processus de différenciation est régulé par des cascades de signalisation cellulaire.

Les scientifiques étudient de manière approfondie l'organogenèse en laboratoire chez les mouches des fruits (drosophile) et le nématode Caenorhabditis elegans. Les drosophiles possèdent des segments le long de leur corps, et la structure associée à la formation des segments a permis aux scientifiques d'étudier quels gènes jouent un rôle important dans l'organogenèse sur toute la longueur de l'embryon à différents moments. Le nématode C.elegans possède environ 1 000 cellules somatiques et les scientifiques ont étudié le devenir de chacune de ces cellules au cours de leur développement dans le cycle de vie des nématodes. Les modèles de lignage cellulaire varient peu d'un individu à l'autre, contrairement à ce qui se passe chez les mammifères où le développement cellulaire à partir de l'embryon dépend de signaux cellulaires.

Chez les vertébrés, l'une des principales étapes de l'organogenèse est la formation du système neural. L'ectoderme forme des cellules et des tissus épithéliaux et des tissus neuronaux. Au cours de la formation du système neural, des molécules de signalisation spéciales appelées facteurs de croissance signalent à certaines cellules situées à la périphérie de l'ectoderme de devenir des cellules de l'épiderme. Les cellules restantes au centre forment la plaque neurale. Si la signalisation par les facteurs de croissance était perturbée, l'ectoderme entier se différencierait en tissu neural.

La plaque neurale subit une série de mouvements cellulaires où elle s'enroule et forme un tube appelé tube neural, comme illustré à la figure\(\PageIndex{1}\). En cours de développement, le tube neural donnera naissance au cerveau et à la moelle épinière.

Figure\(\PageIndex{1}\) : La région centrale de l'ectoderme forme le tube neural, qui donne naissance au cerveau et à la moelle épinière.

Le mésoderme qui se trouve de part et d'autre du tube neural du vertébré se développera dans les différents tissus conjonctifs du corps de l'animal. Un modèle spatial d'expression génique réorganise le mésoderme en groupes de cellules appelées somites séparées par des espaces. Les somites, illustrés dans la figure\(\PageIndex{2}\), se développeront davantage dans les côtes, les poumons et le muscle segmentaire (colonne vertébrale). Le mésoderme forme également une structure appelée notocorde, qui est en forme de bâtonnet et constitue l'axe central du corps de l'animal.

Figure\(\PageIndex{2}\) : Dans cet embryon humain âgé de cinq semaines, les somites sont des segments le long du corps. (crédit : modification d'une œuvre d'Ed Uthman)

Formation de l'axe des vertébrés

Même lorsque les couches germinales se forment, la boule de cellules conserve sa forme sphérique. Cependant, les corps des animaux ont des axes latéral-médial (gauche-droite), dorsal-ventral (arrière-ventre) et antéro-postérieur (tête-pieds), illustré sur la figure\(\PageIndex{3}\).

Figure\(\PageIndex{3}\) : Les corps des animaux possèdent trois axes de symétrie. (crédit : modification de l'œuvre par la NOAA)

Comment sont-ils établis ? Dans le cadre de l'une des expériences les plus importantes jamais réalisées en biologie du développement, Spemann et Mangold ont prélevé des cellules dorsales d'un embryon et les ont transplantées dans la région du ventre d'un autre embryon. Ils ont découvert que l'embryon transplanté avait maintenant deux notochordes : l'un sur le site dorsal des cellules d'origine et l'autre sur le site transplanté. Cela suggère que les cellules dorsales ont été génétiquement programmées pour former la notocorde et définir l'axe. Depuis lors, les chercheurs ont identifié de nombreux gènes responsables de la formation des axes. Les mutations de ces gènes entraînent la perte de symétrie nécessaire au développement de l'organisme.

Les corps des animaux présentent une symétrie visible de l' Cependant, les organes internes ne sont pas symétriques. Par exemple, le cœur est du côté gauche et le foie du côté droit. La formation de l'axe central gauche-droite est un processus important au cours du développement. Cette asymétrie interne s'établit très tôt au cours du développement et implique de nombreux gènes. Des recherches sont toujours en cours pour bien comprendre les implications de ces gènes sur le développement.

Résumé

L'organogenèse est la formation d'organes à partir des couches germinales. Chaque couche germinale donne naissance à des types de tissus spécifiques. La première étape est la formation du système neural dans l'ectoderme. Le mésoderme donne naissance aux somites et à la notocorde. La formation de l'axe des vertébrés est une autre étape importante du développement.

Lexique

tube neural

structure en forme de tube qui se forme à partir de l'ectoderme et donne naissance au cerveau et à la moelle épinière

organogenèse

processus de formation d'organes

somite

groupe de cellules séparées par de petits espaces qui se forment à partir du mésoderme et donnent naissance au tissu conjonctif