Gènes du développement : la somitogenèse


Retour à New York et suite de ma série sur les gènes du développement…

Aujourd’hui, je vais essayer de vous expliquer un mécanisme tout à fait fascinant : celui de la formation de la colonne vertébrale. En termes biologiques, les vertèbres sont dérivés de motifs précurseurs appelés « somites », d’où le terme de « somitogenèse » (mais pour faire simple, on considérera qu’une somite est l’équivalent d’une vertèbre dans la suite).

Alors, la vertèbre, comment ça marche ? En fait, les embryons des vertébrés poussent par la queue. Les somites se forment alors une par une lors de cette croissance. Edit 8 Juin : Sur le site de Cell, un petit film pour vous montrer la dynamique de la somitogenèse. A priori il semble accessible librement. J’ai retiré la photo car je ne suis pas du tout sûr d’avoir le droit de la mettre sur mon blog… J’ai remis une image tirée du film : la queue de l’embryon est à gauche, la tête à droite. On voit les somites en formation.

Le processus de formation des somites n’est pas encore très bien compris en détail, mais le modèle qui tient la route actuellement est appelé « Clock and Wavefront model » et a été proposé dès les années 70 par Cooke et Zeemann. Pourquié et ses collaborateurs ont été les premiers à mettre en évidence la validité de ce modèle dans un papier absolument remarquable publié en 97 (Palmeirim et al. Cell. 1997 Nov 28;91(5):639-48).

Décrivons donc ce fameux modèle, qui repose en fait sur la théorie des « catastrophes ». Dans la queue de l’embryon, il y a une horloge moléculaire (« Clock »). Cette horloge est composée de deux parties : un mécanisme génétique (engrenages de la montre) va contrôler l’expression de certaine protéines qui donnent effectivement « l’heure » à l’organisme (aiguilles de la montre). Maintenant, que se passe-t-il si vous donnez un grand coup de marteau à votre montre ? Là est la catastrophe ! Vous risquez de briser le mécanisme (les engrenages) et les aiguilles vont alors s’arrêter, si bien que votre montre va donner pour l’éternité l’heure à laquelle le coup de marteau a été donné. C’est exactement ce qui se produit dans la somitogenèse : à une distance bien précise de l’extrémité de la queue de l’embryon, l’organisme met un coup de marteau sur l’horloge moléculaire et bloque ainsi les aiguilles de cette horloge. Mais pendant ce temps l’embryon croît par la queue, et dans les tissus nouvellement formés l’horloge continue de tourner. Du fait de la croissance, ces tissus finissent eux aussi par recevoir le coup de marteau, et l’heure indiquée par ces tissus sera en gros l’heure au moment de leur formation plus le temps de croissance nécessaire pour arriver dans la région « coup de marteau ». L’oscillation temporelle (horloge) est alors en quelque sorte gelée en oscillation spatiale ( par le coup de marteau qui arrête les aiguilles de la montre), et les motifs ainsi obtenus servent de base à la formation des somites.

2 réflexions au sujet de « Gènes du développement : la somitogenèse »

  1. Bonjour Tom,je ne comprends pas pourquoi les somites s’enchaînent dans une direction précise. Pourquoi ne pas partir à angle droit, puis à gauche et à droite? A mois que la grosse boule de queue se scinde en deux pour former un nouveau somite et une boule de queue? Aussi le coup de l’horloge et des oscillations, ce n’est pas très clair. Tout ça doit encore grossir pour être vertèbre donc continuer à avoir de l’activité.Merci d’éclairer le néophyte que je suis.mnc

  2. Bonjour mnc, »je ne comprends pas pourquoi les somites s’enchaînent dans une direction précise. Pourquoi ne pas partir à angle droit, puis à gauche et à droite? »Je ne suis pas embryologiste, mais je pense que c’est parce que les oscillations ont lieu dans un tissu très précis, appelé mésoderme présomitique. Ce tissu est bien localisé, et très bien défini (en fait on peut l’extraire de l’embryon et voir les oscillations). De plus, dans ce tissu, il y a des communications cellules à cellules pour synchroniser les oscillations d’une part, et d’autre part, il y a plusieurs morphogènes qui orientent précisément le sens de l’oscillation et de la différentiation (Acide rétinoïque, Wnt3a et FGF8). » A mois que la grosse boule de queue se scinde en deux pour former un nouveau somite et une boule de queue? »En fait, à peu de choses près c’est cela. »Aussi le coup de l’horloge et des oscillations, ce n’est pas très clair. Tout ça doit encore grossir pour être vertèbre donc continuer à avoir de l’activité. »L’horloge de segmentation est assez difficile à expliquer avec des mots. Le mieux est de voir un film (j’ai mis un lien, mais je ne sais pas s’il est accessible pour tout le monde). En ce qui concerne le passage de somite à vertèbre, il y a ensuite des marqueurs moléculaires qui sont activés en fonction de « l’heure » indiquée par l’horloge moléculaire arrêtée. Ces marqueurs définissent le caractère rostral ou caudal de la somite. En fait, l’horloge « allume » en quelque sorte les voies correspondant à la différentiation cellulaire, met en branle toute la cascade de réactions en quelque sorte. Mais tes questions sont très pertinentes : la biologie est encore assez descriptive, et la dynamique de tous ces processus est encore à mon avis très mal connue. C’est pour cela que c’est très intéressant pour des physiciens !Tom

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