Exercices sur le développement des bourgeons de membre

Niveaux de difficulté : * = embryon; ** = têtard; *** = mature

EXERCICE 1

On place une barrière d’aluminium entre le mésoderme présomitique et les lames latérales au niveau de la zone présomptive de développement du bourgeon de membre postérieur d’un côté d’un embryon de poulet au stade 15. On fixe les embryons aux stades 18, 19 et 23 et on réalise des hybridations in situ avec les sondes indiquées (mélange de sondes reconnaissant les ARNm de Shh et de FGF8 pour H). Source : https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(15)00706-8

*1.1 Quel est l’objectif de la mise en place de la barrière ?

*1.2 Analysez et interprétez les résultats de cette expérience concernant la morphologie et les expressions de FGF10, FGF8 et Shh.

*1.3 Quelles informations complémentaires nous apporte les hybridations in situ avec la sonde Tbx4 ?

On refait l’expérience précédente avec les barrières mais en ajoutant des billes du côté des lames latérales sécrétant du FGF4 (I-L) ou de l’acide rétinoïque (M-P). Source : https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(15)00706-8

*1.4 Que peut-on conclure de ces expériences sur le rôle du FGF4 et de l’acide rétinoïque au cours du développement précoce du bourgeon de membre ? Est-ce que ce sont les inducteurs en provenance du mésoderme pré-somitique ?

EXERCICE 2

On cherche à connaître les effets sur le développement du bourgeon de membre d’une mutation perte de fonction du gène codant le facteur d’initiation de la traduction eIF3C (mutant Eif3c^Xs-J/+) chez la souris. On réalise des préparations de squelette des pattes antérieures (forelimb) et postérieures (hindlimb) coloré au bleu alcian/rouge alizarine. On étudie aussi une souris double mutante perte-de-fonction Eif3c^Xs-J/+;Ptch1^+/-. Ptch1 est une protéine impliquée dans la voie Shh et qui l’inhibe. Les souris Ptch1^+/- ne présentent pas de phénotype notable au niveau des membres. Le doigt 1 est le doigt le plus antérieur. Source : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1534580721008108

*2.1 Décrivez et proposez une explication pour le phénotype chez les mutants Eif3c^Xs-J/+.

**2.2 Décrivez et interprétez le phénotype des souris Eif3c^Xs-J/+;Ptch1^+/-.

REPONSES

1.1 Elle a pour objectif de bloquer les communications paracrines entre le mésoderme présomitique et les lames latérales. 1.2 En comparaison avec le côté témoin à gauche, le bourgeon de membre est très atrophié du côté où la barrière a été placée. L’expression de FGF10 est à peine activée et celle de FGF8 n’est pas activée alors que du côté sans la barrière, l’expression de ces gènes est assez importante. FGF8 est exprimé dans l’AER que ‘on voit bien formé au stade 19 du côté sans barrière et donc l’AER n’est pas formé du côté avec la barrière. Shh est légèrement exprimé du côté normal au stade 19 dans le mésenchyme postérieur (début de la formation de la ZPA). Il n’y a pas d’expression du côté avec la barrière. On en déduit que l’absence de communication paracrine entre le mésoderme présomitique et les lames latérales ont gravement compromis le début du développement du bourgeon de membre. 1.3 Au stade 19, Tbx4 est tout de même activé du côté avec la barrière mais plus faiblement et dans un volume plus petit que du côté témoin. Au stade 23, le marquage est plus large et il semble qu’un bourgeon de membre est en train de se développer avec retard (Tbx4 est un des gènes activés les plus précocement dans le bourgeon de membre postérieur, avant FGF8/10 et Shh). Il est possible que des voies de signalisation alternatives aient pu compenser l’absence des signaux en provenance du mésoderme présomitique. Il est aussi possible que la barrière ne limite plus bien le passage des signaux en provenance du mésoderme présomitique (qui a pu évoluer en somites) avec la croissance des tissus. 1.4 Avec les billes sécrétant FGF4 le bourgeon de membre produit parait plus gros au stade 23 (en comparaison avec la photo J de la figure précédente) et on observe une expression faible de FGF10 et une expression de FGF8 dans un AER. C’est un bourgeon de membre qui est néanmoins très en retard par rapport à celui du côté normal qui a éteint FGF10 et FGF8 qui sont exprimés au début de la croissance du bourgeon. Le bourgeon normal exprime Shh dans la partie postérieure ce qui n’est pas (encore ?) le cas du bourgeon du côté traité. On aurait aimé avoir pour comparaison les hybridations in situ FGF8/10 et Shh avec la barrière mais sans les billes. Avec les billes sécrétant l’acide rétinoïque, les expressions des gènes sont plus marquées et étendues et il y a un AER exprimant FGF8 et une ZPA exprimant Shh. L’acide rétinoïque semble avoir aussi un effet sur le bourgeon de membre à droite réactivant des gènes comme FGF8 et FGF10 ce qui indique que l’acide rétinoïque peut diffuser très largement et contourner la barrière. Les doses utilisées ne sont peut-être pas physiologiques. En tout cas, FGF4 et l’acide rétinoïque sont des candidats pour constituer le signal en provenance du mésoderme pré-somitique mais rien ne confirme que ce sont bien eux. Ils peuvent mimer l’action d’une autre molécule ou se trouver en aval dans la cascade de signalisation par rapport au signal envoyé par le mésoderme pré-somitique. Il faudrait faire des expériences de perte-de-fonction spécifique pour le savoir.

2.1 : Le squelette des membres antérieurs et postérieurs des mutants semblent globalement un peu plus fins/moins développés que chez le sauvage. A part cela, la régionalisation des doigts semble normale dans la patte postérieure tandis que dans la patte antérieure, le doigt 1 (le plus antérieur) est nettement plus allongé, avec plus de phalanges au lieu d’une. Il se met à ressembler à des doigts plus postérieurs. Cette postériorisation pourrait être due à une signalisation Shh plus importante, Shh étant un morphogène qui donne une identité plus postérieure pour de plus fortes concentrations. 2.2 : Avec la double mutation perte-de-fonction, mêmes les pattes postérieures présentent désormais une postériorisation du doigt 1 et il y a un doigt supplémentaire (polydactylie) qui est lui aussi postériorisé. Dans les pattes antérieures, la postériorisation du doigt 1 est encore plus marquée que dans le simple mutant et il y a aussi développement d’un doigt supplémentaire. Sachant que les souris Ptch1^+/- ne présentent pas de phénotype notable au niveau des doigts, cela indique une interaction génétique importante entre eIF3c et la voie Shh dont fait partie Ptch1 en tant qu’inhibiteur. Ainsi, le facteur eIF3c serait requis pour inhiber la voie Shh et renforce l’effet de la mutation Ptch1 (et inversement la mutation de Ptch1 renforce l’effet de la mutation de eIF3c).