Organisateur Spemann-Mangold - Spemann-Mangold organizer

L' organisateur Spemann-Mangold est un groupe de cellules qui sont responsables de l'induction des tissus neuronaux au cours du développement des embryons d' amphibiens . Décrit pour la première fois en 1924 par Hans Spemann et Hilde Mangold , l'introduction de l'organisateur a fourni la preuve que le destin des cellules peut être influencé par des facteurs d'autres populations cellulaires. Cette découverte a eu un impact significatif sur le monde de la biologie du développement et a fondamentalement changé la compréhension du développement précoce.

Découverte

L'organisateur Spemann-Mangold a été décrit pour la première fois en 1924 par Hans Spemann et Hilde Mangold . Avant sa découverte, plusieurs groupes avaient émis l'hypothèse qu'il existe une partie de l' embryon en développement qui sert de "centre d'organisation". En 1918 et 1921, Hans Spemann a montré que la transplantation d' épiderme présumé dans la zone de tissu neural présumé changerait le sort des cellules transplantées en celui de leur nouvelle destination, et de même lorsqu'il a transplanté du tissu neural présumé là où l'épiderme présumé se formait. Spemann a également montré qu'en transplantant un morceau de la lèvre supérieure du blastopore dans une zone d'épiderme présumé, un primordium embryonnaire secondaire s'est formé, comprenant un tube neural secondaire , une notochorde et des somites . De plus, la division de l'embryon en deux et la rotation du pôle animal par rapport au pôle végétal ont entraîné une propagation de la détermination du pôle végétal inférieur, où se trouvait la lèvre supérieure du blastopore, à la moitié supérieure de l'animal. Il a également fusionné deux moitiés identiques d'embryons différents et a observé la formation de la plaque neurale . Ce travail a fourni la preuve initiale pour soutenir l'idée qu'il existait un certain « centre d'organisation » qui a été déterminé avant l'autre tissu embryonnaire et a influencé la détermination des cellules environnantes.

Pour tester cette hypothèse, Spemann, avec Hilde Mangold, a réalisé des expériences entre 1921 et 1922 en utilisant des embryons de Triturus cristatus et Triturus taeniatus qui subissaient une gastrulation . L'expérience réalisée ressemblait à celle réalisée en 1918, mais au lieu d'une transplantation homoplastique , ils ont utilisé des embryons de deux espèces de tritons étroitement apparentées. L'un des avantages de l'utilisation des embryons cristatus et taeniatus était que les cellules embryonnaires cristatus manquaient de pigment, de sorte que le sort de la greffe pouvait être facilement suivi lorsqu'il était placé parmi les cellules pigmentées de taeniatus . Un morceau de la lèvre supérieure du blastopore a été retiré de l' embryon cristatus et transplanté dans une région ventrale de l'épiderme présumé de l' embryon taeniatus , loin du blastopore hôte en développement. Suite à cette greffe, ils ont observé la formation d'un primordium embryonnaire secondaire, cohérent avec leurs travaux antérieurs. Cet embryon secondaire avait les caractéristiques normales de l'embryon primaire, y compris des structures telles que la plaque neurale et la notocorde, bien qu'ils aient légèrement retardé leur développement. La section de l'embryon a montré que les cellules du greffon étaient incorporées dans le mésoderme , la plaque neurale, et constituaient la quasi-totalité de la notocorde de l'embryon secondaire. Il a en outre été montré que la plaque neurale était presque entièrement composée de cellules provenant de l' embryon de taeniatus hôte . Ces expériences ont conclu qu'un morceau de la lèvre supérieure du blastopore peut être transplanté dans le tissu indifférent d'un autre embryon et induire le tissu hôte dans la formation d'un embryon secondaire, impliquant ainsi le tissu transplanté en tant que "centre d'organisation".

La découverte de l'organisateur Spemann-Mangold est considérée comme l'une des découvertes les plus influentes dans le domaine de la biologie du développement et a permis à Hans Spemann de recevoir le prix Nobel en 1935 pour son travail. Les mécanismes de fonctionnement de cet organisateur ont fait l'objet de décennies de recherche de suivi.

Mécanisme

L'organisateur Spemann-Mangold fait référence à la population de cellules de l' embryon de Xenopus laevis qui établit les axes dorso-ventral et antéro-postérieur. Alors qu'un organisateur existe chez d'autres espèces, le terme organisateur Spemann-Mangold est spécifiquement réservé à l'embryon d'amphibien. L'organisateur Spemann-Mangold est situé dans la lèvre dorsale du blastopore, d'où proviennent les mouvements de gastrulation . Les cellules organisatrices initiales migrent et se localisent en avant. Les cellules organisatrices sont subdivisées en organisateurs tête, tronc et queue. Ces populations cellulaires distinctes ont des inducteurs différents et mettent en place des gradients de facteurs de croissance uniques lors de leur migration. Les interactions cellule-cellule secondaires établissent davantage les axes au fur et à mesure que la gastrulation et la neurulation se poursuivent.

L'organisateur Spemann-Mangold est particulièrement important dans l' induction du mésoderme . Dans le modèle à trois signaux, le signal dorsalisant de l'organisateur est médié par des gradients de protéines morphogéniques osseuses (BMP) pour donner naissance à des cellules du destin mésodermique. Les deux autres signaux proviennent du pôle végétal et induisent l'extrême mésoderme ventral et dorsal dans la zone marginale sus-jacente.

Pour que l'organisateur Spemann-Mangold se forme, des facteurs maternels , tels que mVegT doivent être présents dans la calotte végétale. La signalisation de la voie Wnt est l'autre indice maternel majeur dans la formation de l'organisateur et est requise de manière autonome pour l'expression des gènes organisateurs. Siamois ( Sia ) et Twin ( Xtwn ) sont exprimés au début de l' expression du gène zygotique dans la blastula et deviennent activés par la signalisation Wnt dans le centre exprimant Chordin et Noggin (BCNE) de la blastula . Sia et Xtwn peuvent fonctionner comme homo- ou hétérodimères pour lier un site P3 conservé dans l' élément proximal (PE) du promoteur goosecoid ( Gsc ) . Wnt de signalisation agit également avec mVegT à réguler positivement Xnr5, sécrétée par le centre Nieuwkoop , à l'intérieur de la région dorso-végétal, qui sera alors induire des facteurs de transcription supplémentaires tels que Xnr1, Xnr2, Gsc , chordin ( CHD ). Le signal final est médié par la signalisation Nodal/activine , induisant des facteurs de transcription , qui, en combinaison avec Sia , induiront le gène cerberus ( cer ).

L'organisateur possède à la fois des facteurs de transcription et des facteurs sécrétés. Les facteurs de transcription comprennent goosecoid, Lim1 et Xnot, qui sont tous des protéines homéodomaines . Goosecoid a été le premier gène organisateur découvert, fournissant « la première visualisation des cellules organisatrices de Spemann-Mangold et de leurs changements dynamiques au cours de la gastrulation ». S'il a été le premier à être étudié, ce n'est pas le premier gène à être activé. Suite à l'activation transcriptionnelle par Sia et Xtwn , Gsc est exprimé dans un sous-ensemble de cellules englobant 60° d'arc sur la zone marginale dorsale. L'expression de Gsc active l'expression de molécules de signalisation sécrétées. L'injection ventrale de Gsc conduit à un phénotype comme on le voit dans l'expérience originale de Spemann et Mangold : un axe jumelé.

Les facteurs sécrétés de l'organisateur forment des gradients dans l'embryon pour différencier les tissus.

Reconnaissance internationale

Après la découverte de l'organisateur Sepmann-Mangold, de nombreux laboratoires se sont précipités pour être les premiers à découvrir les facteurs inducteurs responsables de cette organisation. Cela a créé un impact international important avec des laboratoires au Japon, en Russie et en Allemagne qui ont changé leur façon de voir et d'étudier l'organisation du développement. Cependant, en raison de la lenteur des progrès dans le domaine, de nombreux laboratoires éloignent les intérêts de recherche de l'organisateur, mais pas avant que l'impact de la découverte ne soit fait. 60 ans après la découverte de l'organisateur, de nombreux prix Nobel ont été décernés à des biologistes du développement pour des travaux influencés par l'organisateur.

Japon

Jusqu'au milieu du XIXe siècle, le Japon était une société fermée qui n'a participé aux progrès de la biologie moderne que plus tard au cours de ce siècle. À cette époque, de nombreux étudiants qui partaient à l'étranger pour étudier dans des laboratoires américains et européens, revenaient avec de nouvelles idées sur les approches des sciences du développement. Lorsque les étudiants de retour essayaient d'incorporer leurs nouvelles idées dans l'embryologie expérimentale japonaise, ils ont été rejetés par les membres de la Société biologique japonaise. Après la publication de l'organisateur Spemann-Mangold, de nombreux autres étudiants sont allés étudier à l'étranger dans des laboratoires européens, pour en apprendre beaucoup plus sur cet organisateur et sont revenus utiliser ces connaissances pour apporter d'énormes avantages en biologie embryonnaire à l'époque. La découverte de l'organisateur a influencé de nombreux projets d'induction embryonnaire au Japon. Par exemple, T. Yamada a créé la théorie du double potentiel pour le processus d'induction chez les embryons. Une autre découverte après la découverte de l'organisateur a été la carte modifiée du destin de Vogt utilisant le triton et la blastula de Xenopus par le chercheur Osamu Nakamura. Le nouveau concept de transdifférenciation a été proposé par TS Okada et G. Eguchi. Ces découvertes et bien d'autres au Japon ont été inspirées par la publication de l'organisateur par Spemann et Mangold.

Russie

La publication de l'organisateur Sepmann-Mangold a également une énorme influence sur la recherche de développement russe. Au début, l'organisateur de Spemann n'était pas accepté en Russie. Les scientifiques russes n'étaient pas d'accord avec l'idée d'inducteurs embryonnaires ( morphogènes ) parce que les chercheurs russes se sont concentrés sur les modèles de développement dans l'évolution . Ce n'est qu'après qu'un autre chercheur, A. Gurwitch, a publié sa théorie des champs embryonnaires que les scientifiques russes ont commencé à accepter d'autres théories du développement , y compris l'organisateur de Sepmann-Mangold, car il était d'accord avec de nombreux concepts de la théorie de Gurwitch. Avec cette nouvelle influence, les laboratoires de Moscou et de Léningrad ont commencé à se concentrer sur le contrôle génétique du développement individuel plutôt que sur le développement évolutif. La Russie a commencé à analyser les interactions morphogénétiques des tissus de la même manière que Spemann en utilisant le système œil-lentille. À partir de cette recherche, la Russie a pu ajouter au domaine avec ses recherches sur le cristallin et l'induction neurale , et la découverte de l'induction du cristallin a influencé le début de l'ouverture de laboratoires de mécanique de développement en Russie.

Allemagne

En Allemagne, la période qui a immédiatement suivi la publication de Spemann-Mangold était connue comme une période de peu de progrès, car de nombreuses questions soulevées par le nouvel organisateur étaient restées sans réponse. La vision holistique de l'organisateur Spemann-Mangold nécessitait des recherches supplémentaires car de nombreuses méthodes n'étaient pas disponibles au moment de cette publication. Spemann a lancé le mouvement de la biologie du développement et moléculaire et a influencé de nombreux projets en Allemagne sur la base de ses découvertes. Les travaux de Spemann avec le tissu organisateur haché ont indiqué la présence de morphogènes qui conduisent alors à l'hypothèse du double gradient de Toivonen et Saxén. Cela a conduit à la découverte que les études sur les tissus contenaient des facteurs qui provoquaient une activité inductrice. Grâce à la découverte et à la suggestion de morphogènes par l'organisateur Spemann-Mangold, les laboratoires allemands ont pu en apprendre davantage sur les mécanismes sous-jacents au développement avec de nouvelles méthodes pour approfondir les connaissances dans le domaine.

Les références