3. Formation de la notochorde et mise en place de l'axe corporel
Spécification du mésoderme axial et des progéniteurs du chordamésoderme
Chez l’être humain, les données mécanistiques directes concernant la formation de la notochorde restent relativement limitées ; le cadre cellulaire et moléculaire repose donc principalement sur des modèles vertébrés expérimentalement accessibles, notamment la souris, le poulet, Xenopus et le poisson-zèbre. Au cours de la gastrulation, les progéniteurs du mésoderme axial émergent de territoires associés à l’organisateur, notamment de la ligne primitive et du nœud chez les amniotes, ainsi que de la région de l’organisateur dorsal chez les amphibiens, puis donnent naissance aux lignages chordamésodermiques et notochordaux. La signalisation Nodal joue des rôles centraux et dépendants du contexte dans l’induction du mésendoderme, la formation de l’organisateur et la spécification des progéniteurs axiaux, tandis que la signalisation canonique Wnt/β-caténine favorise la formation de la ligne primitive et le développement du mésoderme postérieur. La signalisation FGF contribue à la spécification du mésoderme, au maintien des progéniteurs et aux comportements cellulaires morphogénétiques. Ces voies agissent au sein de réseaux régulateurs spatialement et temporellement restreints plutôt que sous la forme de cascades linéaires indépendantes.
Les facteurs de transcription Brachyury (T) et Foxa2 constituent des composantes importantes des réseaux régulateurs contrôlant la ligne primitive, le mésoderme axial et le développement de la ligne médiane. Chez la souris, T est nécessaire au développement normal du mésoderme postérieur et des structures axiales, tandis que Foxa2 est requis pour la fonction de l’organisateur/nœud et le développement des structures de la ligne médiane axiale.
Mécanismes cellulaires de la morphogenèse de la notochorde
La morphogenèse de la notochorde repose sur des réarrangements cellulaires coordonnés, notamment la convergence et l’extension ainsi que l’intercalation médiolatérale, qui allongent et affinent le tissu axial en formation. Chez Xenopus, des mécanismes associés à la polarité cellulaire planaire ainsi que la signalisation des GTPases de la famille Rho régulent les comportements cellulaires polarisés qui sous-tendent l’extension convergente. L’adhérence dépendante des cadhérines, la contractilité actomyosinique et le remodelage du cytosquelette contribuent également à l’organisation tissulaire et à la morphogenèse axiale. D’autres processus, notamment des modifications localisées de la forme cellulaire et la constriction apicale, participent à des événements morphogénétiques spécifiques de l’organisateur, du nœud ou des régions axiales, selon le modèle étudié et le stade de développement.
Chez les téléostéens, les cellules de la notochorde subissent ensuite une importante vacuolisation, générant de grandes vacuoles intracellulaires dont la formation implique des organites apparentés aux lysosomes et qui contribuent mécaniquement à l’allongement de l’axe corporel. Ce processus spécialisé est particulièrement bien caractérisé chez le poisson-zèbre et ne doit pas être considéré comme identique chez l’ensemble des vertébrés.
Voies moléculaires impliquées dans l’établissement des axes antéropostérieur et dorsoventral
L’antagonisme de BMP au sein des territoires associés à l’organisateur établit localement des environnements de faible activité BMP qui contribuent à la régionalisation dorsoventrale. La notochorde en développement exprime Sonic hedgehog (Shh) et constitue une source majeure précoce de signaux axiaux. Le Shh dérivé de la notochorde contribue à l’induction et à la régionalisation des identités ventrales du tube neural, après quoi la plaque du plancher devient également un important centre de signalisation exprimant Shh. Shh influence également le mésoderme paraxial adjacent et contribue à la régionalisation des somites.
La régionalisation antéropostérieure résulte d’interactions entre les signaux Wnt, FGF, l’acide rétinoïque et d’autres signaux du développement régulés dans l’espace et le temps. L’asymétrie gauche-droite est initiée par des mécanismes associés au nœud embryonnaire qui établissent une activation asymétrique de la voie de signalisation Nodal. La notochorde agit également comme structure médiane et tissu de signalisation, contribuant à l’organisation et au maintien de l’architecture bilatérale de l’embryon.
Approches expérimentales et réactifs pour l’étude de la notochorde et de l’établissement des axes
Les études mécanistiques combinent la cartographie du devenir cellulaire et le traçage génétique des lignages, la transplantation tissulaire, les essais d’explants et de recombinaison, les approches génétiques de perte et de gain de fonction ainsi que l’imagerie en temps réel. Le traçage de lignage fondé sur le système Cre/loxP chez la souris, les expériences de greffe chez le poulet, l’invalidation par morpholinos et la surexpression d’ARNm chez Xenopus, ainsi que les mutants, lignées transgéniques et perturbations fondées sur CRISPR chez le poisson-zèbre, ont permis l’analyse directe des progéniteurs axiaux et du développement de la notochorde. L’hybridation in situ sur embryon entier et l’immunofluorescence sont couramment utilisées pour analyser l’expression de marqueurs tels que T, Foxa2, Shh, ainsi que de marqueurs axiaux ou notochordaux spécifiques de chaque espèce. La perturbation pharmacologique des voies FGF, Wnt, BMP ou Hedgehog complète les approches génétiques, mais nécessite une interprétation rigoureuse en raison de la dépendance à la dose, du stade de développement, de la régulation croisée entre voies et des effets indirects potentiels sur la morphogenèse tissulaire.