Masse cellulaire interne - Inner cell mass
| Masse cellulaire interne | |
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Blastocyste avec une masse cellulaire interne et un trophoblaste
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| Des détails | |
| Stade Carnegie | 3 |
| Jours | 6 |
| Précurseur | blastocyste |
| Donne lieu à | épiblaste , hypoblaste |
| Identifiants | |
| Latin | embryoblaste; masse cellulaire interne; pluriblastus senior |
| Engrener | D053624 |
| TE | cellule mass_by_E6.0.1.1.2.0.4 E6.0.1.1.2.0.4 |
| FMA | 86557 |
| Terminologie anatomique | |
Dans l' embryogenèse précoce de la plupart des mammifères eutheriens , la masse cellulaire interne ( ICM ; également connue sous le nom d' embryoblaste ou pluriblaste ) est la masse de cellules à l'intérieur de l' embryon primordial qui donnera éventuellement lieu aux structures définitives du fœtus . Cette structure se forme dans les premières étapes du développement, avant l' implantation dans l' endomètre de l' utérus . L'ICM se trouve dans le blastocèle (plus correctement appelé « cavité du blastocyste », car il n'est pas strictement homologue au blastocèle des vertébrés anamniotes ) et est entièrement entouré par la seule couche de cellules appelée trophoblaste .
La poursuite du développement
La séparation physique et fonctionnelle de la masse cellulaire interne du trophectoderme (TE) est une caractéristique particulière du développement des mammifères et constitue la première spécification de la lignée cellulaire dans ces embryons. Après la fécondation dans l'oviducte, l'embryon de mammifère subit une série de clivages relativement lents pour produire une morula à huit cellules . Chaque cellule de la morula, appelée blastomère, augmente le contact de surface avec ses voisines dans un processus appelé compactage. Il en résulte une polarisation des cellules au sein de la morula, et un clivage supplémentaire donne un blastocyste d'environ 32 cellules. Chez la souris, environ 12 cellules internes constituent la nouvelle masse cellulaire interne et 20 à 24 cellules constituent le trophectoderme environnant. Il existe une variation entre les espèces de mammifères en ce qui concerne le nombre de cellules au compactage avec des embryons bovins montrant des différences liées au compactage dès 9-15 cellules et chez les lapins pas avant 32 cellules. Il existe également des variations interspécifiques dans les modèles d'expression des gènes dans les embryons précoces.
L'ICM et le TE généreront des types cellulaires distinctement différents au fur et à mesure que l'implantation commencera et que l'embryogenèse se poursuivra. Les cellules du trophectoderme forment des tissus extra-embryonnaires, qui jouent un rôle de soutien pour l'embryon proprement dit. De plus, ces cellules pompent du liquide à l'intérieur du blastocyste, provoquant la formation d'un blastocyste polarisé avec l'ICM attaché au trophectoderme à une extrémité (voir figure). Cette différence de localisation cellulaire amène les cellules ICM exposées à la cavité fluide à adopter un destin primitif d'endoderme (ou hypoblaste), tandis que les cellules restantes adoptent un destin primitif d'ectoderme (ou épiblaste). L' hypoblaste contribue aux membranes extra-embryonnaires et l' épiblaste donnera naissance à l'embryon ultime proprement dit ainsi qu'à certains tissus extra-embryonnaires.
Régulation de la spécification cellulaire
Étant donné que la ségrégation des cellules pluripotentes de la masse cellulaire interne du reste du blastocyste fait partie intégrante du développement des mammifères, des recherches considérables ont été effectuées pour élucider les mécanismes cellulaires et moléculaires correspondants de ce processus. Il existe un intérêt primordial pour les facteurs de transcription et les molécules de signalisation qui dirigent les divisions asymétriques du blastomère conduisant à ce que l'on appelle les cellules internes et externes et donc la spécification de la lignée cellulaire. Cependant, en raison de la variabilité et de la nature régulatrice des embryons de mammifères, les preuves expérimentales pour établir ces premiers destins restent incomplètes.
Au niveau de la transcription, les facteurs de transcription Oct4, Nanog, Cdx2 et Tead4 ont tous été impliqués dans l'établissement et le renforcement de la spécification de l'ICM et du TE dans les embryons précoces de souris.
- Oct4 : Oct4 est exprimé dans l'ICM et participe au maintien de sa pluripotence, un rôle qui a été récapitulé dans les cellules souches embryonnaires de souris dérivées de l'ICM. Les cellules knock-out génétiques Oct4 à la fois in vivo et en culture présentent des caractéristiques morphologiques TE. Il a été démontré qu'une cible transcriptionnelle d'Oct4 est le gène Fgf4 . Ce gène code normalement pour un ligand sécrété par l'ICM, qui induit la prolifération dans le TE polaire adjacent.
- Nanog : Nanog s'exprime également dans l'ICM et participe au maintien de sa pluripotence. Contrairement à Oct4 , des études sur des souris Nanog -null ne montrent pas le retour de l'ICM à une morphologie de type TE, mais démontrent que la perte de Nanog empêche l'ICM de générer un endoderme primitif.
- Cdx2 : Cdx2 est fortement exprimé dans le TE et est requis pour maintenir sa spécification. Les souris knock-out pour le gène Cdx2 subissent une compaction, mais perdent l'intégrité épithéliale TE au cours du stade tardif du blastocyste. De plus, l' expression d' Oct4 est ensuite augmentée dans ces cellules TE, indiquant que Cdx2 joue un rôle dans la suppression d' Oct4 dans cette lignée cellulaire. De plus, des cellules souches embryonnaires peuvent être générées à partir de souris Cdx2 -null, démontrant que Cdx2 n'est pas essentiel pour la spécification de l'ICM.
- Tead4 : Comme Cdx2 , Tead4 est requis pour la fonction TE, bien que le facteur de transcription soit exprimé de manière ubiquitaire. Les souris Tead4 -null subissent également un compactage, mais ne parviennent pas à générer la cavité du blastocèle. Comme les embryons Cdx2 -null, les embryons Tead4-null peuvent produire des cellules souches embryonnaires, indiquant que Tead4 est superflu pour la spécification ICM. Des travaux récents ont montré que Tead4 peut aider à réguler positivement Cdx2 dans le TE et que son activité transcriptionnelle dépend du coactivateur Yap. La localisation nucléaire de Yap dans les cellules externes lui permet de contribuer à la spécificité de TE, tandis que les cellules internes séquestrent Yap dans le cytoplasme via un événement de phosphorylation.
Ensemble, ces facteurs de transcription fonctionnent dans une boucle de rétroaction positive qui renforce l'allocation cellulaire ICM à TE. La polarisation initiale des blastomères se produit au stade 8-16 cellules. Une polarité apicale-basolatérale est visible à travers la visualisation de marqueurs apicaux tels que Par3, Par6 et aPKC ainsi que le marqueur basal E-Cadherin. On pense que l'établissement d'une telle polarité lors du compactage génère une identité environnementale pour les cellules internes et externes de l'embryon. Par conséquent, l'expression stochastique des facteurs de transcription ci-dessus est amplifiée dans une boucle de rétroaction qui spécifie les cellules extérieures à un destin TE et à l'intérieur des cellules à un destin ICM. Dans le modèle, un environnement apical active Cdx2 , qui régule positivement sa propre expression via un facteur de transcription en aval, Elf5. De concert avec un troisième facteur de transcription, Eomes, ces gènes agissent pour supprimer les gènes de pluripotence comme Oct4 et Nanog dans les cellules extérieures. Ainsi, TE se précise et se différencie. À l'intérieur des cellules, cependant, n'activent pas le gène Cdx2 et expriment des niveaux élevés d' Oct4 , Nanog et Sox2 . Ces gènes suppriment Cdx2 et les cellules internes maintiennent la pluripotence, génèrent l'ICM et éventuellement le reste de l'embryon proprement dit.
Bien que cette dichotomie des interactions génétiques soit clairement nécessaire pour diviser les blastomères de l'embryon de souris en identités ICM et TE, l'initiation de ces boucles de rétroaction reste sujette à débat. On ne sait pas si elles sont établies de manière stochastique ou par une asymétrie encore plus précoce, et la recherche actuelle cherche à identifier des marqueurs plus précoces de l'asymétrie. Par exemple, certaines recherches mettent en corrélation les deux premiers clivages au cours de l'embryogenèse par rapport aux pôles animal et végétal potentiels avec une spécification ultime. La division asymétrique de l'information épigénétique au cours de ces deux premiers clivages, ainsi que l'orientation et l'ordre dans lesquels ils se produisent, peuvent contribuer à la position d'une cellule à l'intérieur ou à l'extérieur de la morula.
Cellules souches
Les blastomères isolés de l'ICM d'embryons de mammifères et cultivés en culture sont appelés cellules souches embryonnaires (ES). Ces cellules pluripotentes, lorsqu'elles sont cultivées dans un milieu soigneusement coordonné, peuvent donner naissance aux trois couches germinales (ectoderme, endoderme et mésoderme) du corps adulte. Par exemple, le facteur de transcription LIF4 est requis pour que les cellules ES de souris soient maintenues in vitro. Les blastomères sont dissociés d'un ICM isolé dans un blastocyste précoce, et leur code transcriptionnel régi par Oct4 , Sox2 et Nanog aide à maintenir un état indifférencié.
L'un des avantages de la nature régulatrice dans laquelle se développent les embryons de mammifères est la manipulation des blastomères de l'ICM pour générer des souris knock-out . Chez la souris, des mutations dans un gène d'intérêt peuvent être introduites par voie rétrovirale dans des cellules ES cultivées, et celles-ci peuvent être réintroduites dans l'ICM d'un embryon intact. Le résultat est une souris chimérique, qui se développe avec une partie de ses cellules contenant le génome des cellules ES. Le but d'une telle procédure est d'incorporer le gène muté dans la lignée germinale de la souris de telle sorte qu'il manque à sa descendance un ou les deux allèles du gène d'intérêt. Les généticiens profitent largement de cette technique de manipulation de l'ICM pour étudier la fonction des gènes dans le système des mammifères.
Images supplémentaires
Vésicule blastodermique de Vespertilio murinus.
Coupe à travers le disque embryonnaire de Vespertilio murinus.
