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L'expérience de Nieuwkoop

Démonstration de l'induction mésodermique par la microchirurgie embryonnaire

Il s'agit de l'expérience princeps mettant en évidence des interactions cellulaires entre l'hémisphère végétatif et l'hémisphère animal à l'origine de l'induction mésodermique. Ces interactions ont lieu pendant la période de clivage et consistent en l'émission de signaux moléculaires provenant des cellules de l'hémisphère végétatif ou endoderme (territoire inducteur). Les signaux sont reçus par les cellules de l'hémisphère animal ou ectoderme (territoire inductible). Une fois induite, la région de l'ectoderme au contact de l'endoderme formera du mésoderme. Ainsi, les métazoaires triblastiques acquièrent-ils leur troisième feuillet durant la période précoce de leur développement embryonnaire.

Chez les amphibiens, ces interactions ont été démontrées pour la première fois par Peter Nieuwkoop, embryologiste hollandais de la deuxième moitié du XXè siècle. A l'aide de la microchirurgie embryonnaire, il a prélevé successivement les cellules du pôle animal, et celles du pôle végétatif d'une jeune blastula, puis il a recombiné ces deux territoires en les associant étroitement en culture.

A l'aide de quelques séquences video, voici le principe de l'expérience réalisée avec des embryons de xénope (Xenopus laevis). Pour voir cette expérience deux types de séquences vidéo vous sont proposées, en faible (projecteur) et en haute définition (image).

1-La première étape consiste en la préparation des territoires endodermiques et ectodermiques. Sur cette première vidéo, les deux hémisphères végétatif et animal ont été séparés, orientés face externe vers l'observateur et disposés côte à côte. On distingue, à gauche, l'hémisphère végétatif clair, et à droite, l'hémisphère animal pigmenté.

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2-Lors de la deuxième étape, l'hémisphère animal est redécoupé afin d'isoler les cellules qui entourent le pôle animal ou calotte animale. Cette opération vise à ne prélever que les cellules ectodermiques du pôle animal. En effet, au stade blastula, la zone marginale est déjà induite en mésoderme, et son prélèvement risque de fausser les résultats. Par conséquent, seul l'ectoderme du pôle animal doit être prélevé.

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3-De la même manière, quelques cellules sont prélevées au pôle végétatif en prenant soin de ne pas déborder sur la zone marginale. L'épaisseur importante du tissu rend l'opération plus délicate.

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4-Les deux explants animal et végétatif étant préparés, il ne reste plus qu'à les recombiner en les appliquant étroitement l'un contre l'autre.

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5-Enfin, les deux explants cicatrisent l'un avec l'autre et forment en une heure, une unique boule de cellules.

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6-Plusieurs heures de culture permettent aux deux explants de se fondre complètement en une minuscule structure embryoïde dont la morphologie sphérique rapelle celle d'une blastula.

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7-Les résultats morphologiques de la recombinaison ecto-endodermique après 24h de culture sont comparés à ceux obtenus en culture isolée de chaque explant séparé (contrôles ectodermiques et endodermiques). On observe que les recombinaisons s'allongent notamment au niveau des tissus issus de l'ectoderme. Cet allongement traduit l'apparition et la mise en oeuvre des mouvements de convergence extension qui ont lieu normalement pendant la gastrulation et qui sont le propre des tisssus mésodermiques dorsaux. Ce critère morphologique est donc le premier signe qu'une partie des tissus ectodermiques a été induit en mésoderme.

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8-L'expérience de Nieuwkoop démontre ainsi que l'induction mésodermique naît des interactions entre l'endoderme végétatif et l'ectoderme animal pendant la période de clivage. Si l'on replace ces interactions dans l'embryon normal au cours de son développement, elles doivent nécessairement s'effectuer dans la zone équatoriale intermédiaire entre l'endoderme végétatif et l'ectoderme animal. Cette région, appelée, zone marginale doit donc être induite en mésoderme au cours du clivage. Par conséquent, si l'on prélève la zone marginale blastuléenne et qu'on la mette en culture, au bout de 24h, celle-ci doit évoluer conformément à sa destinée. Notamment, la zone marginale dorsale (ZMD), induite en mésoderme dorsal, est soumise à des mouvements de convergence extension qui se traduisent par un allongement des explants.

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En conclusion, l''expérience de Nieuwkoop démontre l'induction du mésoderme au cours de la période de clivage. cette induction résulte d'interactions cellulaires entre deux grands territoires embryonnaires, l'endoderme inducteur et l'ectoderme inductible. Compte tenu de leurs positions géographiques respectives, on comprend pourquoi le mésoderme apparaît dans la zone marginale. En fait, ce sont les cellules ectodermiques de la zone marginale qui fournissent l'ensemble du mésoderme. Quant à l'ectoderme du pôle animal ou calotte ectodermique, s'il est normalement destiné à évoluer en épiderme et neuroderme, l'expérience de Nieuwkoop montre également qu'il est néanmoins compétent pour former du mésoderme pendant la période de clivage.

Développement du xénope

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