Journées Nationales du Collège 2000 – Dourdan V – 15-18 Mars – L’embryologie des membres

L’embryologie des membres – M. Catala *
Service & Laboratoire d’Histologie, Embryologie et Cytogénétique, Paris, Pitié-Salpêtrière

Les membres se forment à partir d’interactions complexes entre différents tissus issus des feuillets embryonnaires (ectoderme de surface et mésoderme de la somatopleure). Les données actuelles tant sur le plan cellulaire que moléculaire font de ce modèle un des mieux connus sur le plan de la régulation en embryologie. Nous nous limiterons ici à 3 aspects :

  1. L’initiation et la croissance proximo-distal du bourgeon de membre.
  2. Le rôle de la zone d’activité polarisante dans le contrôle de la mise en place de l’axe antéro-postérieur.
  3. Les gènes des complexes Hox dans la mise en place du bourgeon de membre.

1- Le bourgeon de membre se développe secondairement à une induction provenant du mésoderme latéral et agissant pour modifier l’ectoderme de surface et conduire à la formation du bourrelet ectodermique apical (région ectodermique constituée de cellules pavimenteuses reliées par des jonctions communicantes). Cette induction est générée par la molécule sécrétée FGF10 de la grande famille des facteurs de croissance fibroblastique. FGF10 agit sur l’isoforme IIIb du récepteur FGFR2 qui provient d’un épissage alternatif du gène fgfr2. FGF10 conduit à la formation du bourrelet ectodermique apical qui sécrète FGF8. Ce facteur agit sur la partie mésodermique du bourgeon de membre et maintient la région au contact de la zone distale ectodermique dans un état d’indifférenciation. Ces cellules forment la zone de progression caractérisée par l’importance des mitoses. Les cellules de la zone de progression sont maintenues dans un tel état par l’action des gènes de la famille Msx (Msx 1 et 2). Si on excise le bourrelet ectodermique apical, on empêche la croissance proximo-distale du bourgeon et on permet la formation des structures proximales qui sont déjà déterminées. Ainsi, plus l’excision est tardive et plus la portion de membre formée est grande. On peut restaurer la croissance par ajout d’une bille contenant du FGF.

2- L’analyse de régions mésodermiques du bourgeon de membre a montré qu’il existe une zone située au niveau postérieur capable d’induire la prolifération des doigts et leur duplication en miroir. Cette zone a été baptisée la zone d’activité polarisante. Les expériences classiques suggèrent qu’elle sécrète une molécule qui diffuse et forme un gradient morphogène. Chez la drosophile, l’axe antéro-postérieur du disque imaginal de l’aile est déterminé par un morphogène dénommé hedgehog. Le gène qui code pour cette protéine est responsable d’une mutation affectant la larve et lui conférant un aspect spiculé, d’où le nom hedgehog. La recherche d’homologues de ce gène chez les vertébrés a conduit à isoler un gène codant pour une protéine sécrétée dénommée Sonic hedgehog et qui agit sur un récepteur membranaire, Smoothened. Sonic hedghog est fortement exprimé par les cellues de la zone d’activité polarisante. De plus, la greffe de cellules sécrétant Sonic hedgehog est suffisante pour reproduire les effets de la transplantation de la zone polarisante. La mutation ciblée du gène codant pour Sonic hedgehog chez la souris conduit à une anomalie des membres avec défaut de formation de leur partie distale.

3- Les gènes des complexes Hox a et d qui codent pour des homéoprotéines impliquées dans le contrôle de l’axe antéro-postérieur des vertébrés ont un patron d’expression qui évoque la possibilité d’un tel contrôle au niveau des membres. En particulier les paralogues 9 à 13 du groupe d forment cinq domaines distaux qui sont chacun caractérisés par une adresse moléculaire. Cliff Tabin a proposé que cette adresse contrôle la forme de chaque doigt expliquant l’impossibilité de générer un sixième doigt sans passer par le biais d’une duplication d’une structure digitale pré-existante. L’analyse de mutant de ces gènes a montré que ce modèle est inexact. Souvent le phénotype observé après le knock-out d’un des gènes du complexe est très discret. Par contre, le double knock-out de gènes paralogues entraîne la disparition d’un segment de membre. Ce fait illustre les phénomènes de redondance génique dont l’explication moléculaire pourrait être les duplications successives à partir d’un gène ancestral. Ainsi, les paralogues auraient conservé des fonctions communes expliquant leur suppléance (partielle) possible. Par ailleurs, certains phénotypes de souris reproduisent une maladie humaine. Ainsi, une synpolydactylie est observée en cas de mutation du gène Hox d13 chez la souris et la synpolydactylie humaine est due à une mutation du gène HOX D13