Le développement embryonnaire est un processus complexe et finement orchestré qui transforme une simple cellule fécondée en un organisme multicellulaire complexe. Parmi les étapes cruciales de ce développement, la gastrulation joue un rôle central. Ce processus dynamique conduit à la formation des trois couches germinatives primaires - l'ectoderme, le mésoderme et l'endoderme - qui donneront naissance à tous les tissus et organes du corps. Une perturbation de la gastrulation peut avoir des conséquences désastreuses, entraînant des malformations congénitales graves, voire l'arrêt du développement embryonnaire.
La Gastrulation : Une Étape Fondamentale du Développement Embryonnaire
Au début du développement embryonnaire, l'embryon se développe à la façon d’un origami, avec des replis et des expansions qui vont conduire, d’un disque cellulaire plat (comme la surface d’un jaune d’oeuf), à un embryon à 2 couches (entoblaste et épiblaste) puis à trois couches (ectoderme, neuroderme et endoderme). La gastrulation est le processus par lequel l'embryon se transforme d'une simple couche de cellules épithéliales en une structure multicouche et multidimensionnelle. Ce processus clé se déroule généralement vers la cinquième semaine de grossesse chez l'humain.
La Formation des Trois Couches Germinatives
La gastrulation est caractérisée par des mouvements cellulaires coordonnés qui aboutissent à la formation des trois couches germinatives embryonnaires :
- L'ectoderme : La couche la plus externe, à l'origine de l'épiderme (la peau), du système nerveux (cerveau, moelle épinière, nerfs), des organes sensoriels et de certaines structures squelettiques du visage.
- Le mésoderme : La couche intermédiaire, qui donnera naissance aux muscles, aux os, au tissu conjonctif, au système circulatoire (cœur, vaisseaux sanguins), aux organes génitaux, aux reins et aux enveloppes méningées.
- L'endoderme : La couche la plus interne, qui formera le revêtement du tube digestif (pharynx, estomac, intestins), du système respiratoire (poumons), du foie, du pancréas, de la vessie et d'autres organes internes.
Mécanismes de la Gastrulation
Chez l'embryon humain, la gastrulation se produit par invagination, aussi appelée gastrulation par embolie. L'invagination est le processus par lequel les cellules MCI du blastocyste sont repliées vers l'intérieur et introduites dans le blastocele. Ainsi, les deux premières couches embryonnaires apparaissent : l'ectoderme et l'endoderme. Les autres types de gastrulation sont les suivants : épibolie, ingression, délamination et involution.
Anomalies de la Gastrulation : Conséquences et Exemples
Une perturbation de la gastrulation peut avoir des conséquences dramatiques sur le développement embryonnaire. Étant donné que ce processus est à l'origine de la formation des trois couches germinatives, toute anomalie à ce stade peut entraîner des malformations congénitales affectant divers organes et systèmes.
Lire aussi: Embryon et Ovulation Tardive: Explications
Malformations du Tube Neural et Dysraphismes
À partir de l’embryon à 3 couches qui résulte de la gastrulation, la neurulation primaire conduit à la formation du tube neural qui se forme à partir du neurectoderme ; il s’agit initialement d’une gouttière qui va se refermer pour former un tube, le tube neural (à l’origine de l’ensemble du système nerveux), et se détacher de l’ectoderme (futur épiderme) qui va se refermer derrière lui : c’est le raphé médian, à l’origine de l’appellation commune dysraphismes. La fermeture du tube neural correspond au raphé médian, d’où l’appellation de malformations dysraphiques donné au groupe des malformations qui résultent d’anomalies embryonnaires de la moelle et du cerveau. de plus, la perturbation d’un de ces stades embryonnaires va retentir sur le suivant, réalisant un « effet domino ».
Diastématomyélie et Kystes Neurentériques
Une perturbation de la gastrulation peut conduire à une diastématomyélie ou un kyste neurentérique.
Syndrome de Régression Caudale
Dans notre espèce, le bourgeon caudal va involuer en se différenciant, c’est la différentiation rétrogressive. au plan squelettique, la rétrogression conduit à un vestige : le coccyx. qui est les segments médullaires correspondants disparaissent, laissant place au filum terminale. Par la suite, la moelle épinière ainsi formée va grandir moins vite que la colonne, puisqu’à la fin du développement embryonnaire, la moelle se terminera en regard de la seconde vertèbre lombaire, position qu’elle gardera pendant toute la vie (c’est ce décalage entre croissance médullaire et croissance vertébrale qui permet la réalisation de la ponction lombaire sans risque neurologique). une régression caudale excessive conduira à un syndrome de régression caudale avec une moelle se terminant de façon abrupte et plu haut que normal ; une agénésie du sacrum, liée au syndrome de Currarino ou au syndrome VACTREL, associés au contraire à une moelle attachée basse.
Autres Anomalies Potentielles
En général, toute altération ou anomalie au cours de la formation des trois couches embryonnaires peut entraîner l'arrêt du développement de l'embryon ou l'apparition de graves anomalies congénitales des organes.
Recherche sur la Gastrulation et les Gastruloïdes
L’étude des embryons en développement peut nous aider à comprendre les mécanismes du développement humain et ce qui se passe lorsque ces mécanismes dysfonctionnent. Le laboratoire Moris s’intéresse au processus de gastrulation. Peter et son équipe espèrent que l’étude des gastruloïdes humains leur permettra de mieux comprendre le processus du développement de l’embryon et les anomalies du développement telles que les malformations congénitales. « Nous pouvons même nous servir des gastruloïdes pour dépister la tératogénicité potentielle des médicaments afin de déterminer si un composé particulier pourrait déréguler le développement de l’embryon et l’endommager. Cela pourrait nous aider à comprendre l’innocuité des médicaments et réduire en même temps l’utilisation de modèles animaux dans la recherche.
Lire aussi: Causes du Retard Embryonnaire
L'Importance du Comptage Cellulaire Précis
« La raison pour laquelle le comptage cellulaire a été si important pour nous réside dans le fait que notre essai sur le gastruloïde humain fonctionne, pour commencer, en cultivant un nombre bien précis de cellules dans l’agrégat », explique Peter. « Leur densité doit être bien déterminée pour qu’elles atteignent un état leur permettant de s’auto-organiser en agrégats. « Quand on travaille avec des systèmes de cellules souches, il y a souvent une grande variabilité, notamment entre les lignées, les expériences et les utilisateurs. Nous essayons donc toujours d’éliminer cette variabilité et d’obtenir des résultats plus cohérents. « Dans le cadre de notre protocole, nous commençons par étaler les cellules à une densité bien déterminée, puis nous les laissons environ 5 jours avant de former les agrégats. Toutefois, lorsque vous étalez les cellules à une densité bien déterminée, pour ensuite les développer, toute erreur lors de cette première mesure sera amplifiée », explique Peter. « La cohérence du comptage cellulaire est vraiment cruciale.
Organogenèse
L’organogenèse correspond à l’étape de formation des organes par prolifération des précurseurs déterminés puis par leur différenciation. Il peut y avoir encore des migrations (cellules de crête neurales vers de multiples destinations, myoblastes vers les bourgeons de membres, cellules germinales vers les gonades en formation…) mais elles ne concernent plus l’embryon entier comme lors de la gastrulation. Souvent, les organes se forment par interactions entre les tissus (placode ectodermique et neuroectoderme pour l’œil par exemple), souvent provenant de feuillets embryonnaires différents (épiderme provenant de l’ectoderme et derme et hypoderme provenant du mésoderme pour la peau). Alors que les précédentes étapes du développement étaient bien bornées dans le temps, l’organogenèse a un début et une fin très différenciée selon l’organe considéré. Elle peut se terminer largement après le développement embryonnaire (cerveau du nouveau-né humain très immature, glandes mammaires chez la femme). Pour les organismes à développement indirect, la métamorphose est une période intense d’organogenèse post-embryonnaire. Pour les organes et les tissus qui se renouvellent en permanence grâce aux cellules souches (peau, intestin, « tissu sanguin »…), l’organogenèse ne se termine vraiment qu’avec la mort.
Développement des Somites
Le développement des somites est une étape importante de l’organogenèse. Ces structures épithéliales du mésoderme paraxial sont composées de cellules multipotentes qui sont spécifiées par la suite. Elles se divisent en sclérotome (avec des cellules qui réalisent une transition épithélio-mésenchymateuse) et en dermomyotome. Le sclérotome donne naissance aux vertèbres et aux tendons (seulement la partie la plus dorsale du sclérotome appelée syndetome). Le dermomyotome se divise ensuite en myotome (qui donne les muscles du dos et des membres) et en dermatome (qui donne le derme).
Rôle de la Chorde
Parmi les structures embryonnaires qui changent de forme et de fonction au cours de l’organogenèse, citons la chorde qui est une structure de soutien général pour l’embryon et un centre de signalisation important.
Au cours de l’organogenèse des Vertébrés, la partie antérieure du tube neural se développe pour donner 3 puis 5 vésicules à l’origine des différentes parties du cerveau.
Lire aussi: FIV : Facteurs influençant le succès des embryons congelés
Inductions entre Tissus
Les inductions entre tissus d’origines différentes sont assez nombreuses au cours de l’organogenèse ce qui montre l’interdépendance de structures dont on soupçonnerait difficilement qu’elles aient un lien entre elles. Les somites induisent via FGF10 la formation de la placode (épaississement épidermique) qui donne naissance à la glande mammaire.
FGF3, secrété par le cerveau postérieur et FGF10, secrété par le mésenchyme de la tête, induisent ensemble la formation de la placode otique et son développement en coupe otique et en vésicule otique. Après la formation de la vésicule otique, FGF20 agit sur FGFR1 dans l’épithélium prosensoriel en tant que facteur autocrine permissif requis pour la différenciation des cellules ciliées externes et des cellules de soutien externes dans l’organe de Corti (oreille interne).
La vésicule optique qui est une expansion du prosencéphale (cerveau antérieur) envoie des signaux inducteurs vers l’épiderme qui va former la placode du cristallin : BMP4, FGF8 et Delta. L’épiderme avait déjà été rendu compétent à ces signaux au préalable, dès la gastrulation. La placode du cristallin envoie en retour des FGF qui activent la formation de la coupe optique, laquelle envoie en retour d’autres FGF qui provoquent l’invagination de la placode. Il s’agit d’un exemple classique d’inductions réciproques successives (Ogino et al., 2012). Le mésenchyme céphalique intervient également en envoyant des signaux qui activent l’expression de Mitf dans l’épithélium pigmenté rétinien. Mitf est un facteur de transcription (qui est aussi exprimé dans les mélanocytes issus des crêtes neurales) et qui active la transcription des gènes codant les enzymes permettant de synthétiser les mélanines.
Les placodes olfactives ou nasales donnent notamment naissance aux neurones permettant l’olfaction dans l’épithélium olfactif et dans l’organe voméro-nasal ainsi qu’aux neurones à GnRH qui vont ensuite migrer et se localiser dans l’hypothalamus (Cho et al., 2019; Barbotin et al., 2017) et secréter la neurohormone GnRH en direction de vaisseaux sanguins qui irriguent l’adénohypophyse ou hypophyse antérieure qui elle-même dérive d’une autre placode, la placode adénohypophysaire. Ces neurones contrôlent alors la reproduction.
Symptômes et Prévention
La gastrulation est un processus qui se produit à un stade très précoce du développement embryonnaire, vers la cinquième semaine de grossesse. Tous ces changements se produisent à l'intérieur de l'utérus de la femme sans qu'elle s'en rende compte. La taille de l'embryon pendant le processus de gastrulation est d'un ou deux millimètres, de sorte qu'il ne peut même pas être vu à l'échographie. Il est probable que la femme commencera à ressentir des nausées ou d'autres symptômes de la grossesse, mais cela est dû à l'augmentation de l'hormone beta-hCG.
Importance des Précautions Prénatales
La gastrulation est un processus clé pour le développement embryonnaire. Toute altération ou anomalie au cours de la formation des trois couches embryonnaires peut entraîner l'arrêt du développement de l'embryon ou l'apparition de graves anomalies congénitales. C'est pourquoi, il est très important que les femmes commencent à prendre soin d'elles-mêmes avant même qu'elles ne tombent enceintes, avec une alimentation saine et en évitant les habitudes toxiques comme le tabac et l'alcool.
tags: #anomalie #gastrulation #embryon