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Science

[Ascidie mon amie] Moi aussi je fais des Timelapses

Chose promise, chose due, je vais enfin vous parler de l’ascidie! Mieux encore, je vais vous présenter quelques uns de mes travaux!
Bon, petit rappel: je me suis expatrié à New York en septembre dernier pour venir faire ce qu’on appelle un Post-Doc (post-doctorat), c’est à dire un séjour plus ou moins long dans un laboratoire pour y mener un projet de recherche généralement différent des recherches menées pendant la thèse. Mon intérêt principal en recherche est l’Evo-Devo, une branche de la biologie qui tente d’expliquer des mécanismes évolutifs et de retracer des pans de l’histoire de l’évolution en comparant le développement de différents organismes. Un des moyens de comprendre la force de cette approche scientifique, c’est de justement se pencher sur le cas de mon nouvel organisme expérimental: l’ascidie Ciona intestinalis.
En effet, l’intérêt de ma précédente devinette, c’était de montrer que comparer la morphologie adulte de deux organismes n’était pas souvent la meilleure approche pour déterminer leur parenté: difficile de croire en effet que parmi tous les animaux invertébrés (insectes, mollusques, étoiles de mer, oursins, pieuvres, crustacés, méduses, coraux, anémones, etc…), ceux dont les vertébrés sont les plus proches sont les ascidies!

L'ascidie, Ciona intestinalis La grenouille aux yeux rouges (Agalychnis callidryas)
Ascidies, Vertébrés. La ressemblance n’est pas frappante…

Et pourtant, si on se met à comparer leurs embryons et larves, comme Darwin l’a fait il y a plus de 150 ans…

Ciona intestinalis au stade larvaire (mid-tailbud)Tétard de grenouille (Litoria littlejohni)Ah ben oui, tout de suite, la comparaison est plus prometteuse…

Il y a également le fait que vertébrés et ascidies partagent deux structures embryonnaires très importantes: la notochorde (qui disparait chez l’adulte pour la majorité de vertébrés et ascidies) et le tube nerveux (qui devient un peu n’importe quoi chez l’ascidie à l’âge adulte…). Mais à vrai dire, le groupe qui ne contient que les ascidies et tous les vertébrés porte un nom assez bizarre: il s’agit des Olfactores, nom donné par le Pr. Jefferies d’après la présence de potentiels appareils olfactifs homologues dans des fossiles (cornutes et mitrates, très controversés cela dit) pouvant représenter des précurseurs de vertébrés et ascidies(ah oui, j’ai oublié de vous dire, quand on fait de l’Evo-Devo, on prend moult pincettes…). Sa théorie dite de calcichordé (le fait que les chordés proviennent d’ancêtres qui formaient un squelette externe riche en calcium), faisait peu d’émules jusqu’à ce que des récentes et nombreuses analyses moléculaires confirment la proche parenté entre ascidies et vertébrés.
De fait, il est donc maintenant très intéressant de comparer le développement des ascidies avec celui des vertébrés. En terme évolutif, puisque les ascidies sont si proche de nous, elles peuvent, au cours de leur développement, avoir conservé des caractéristiques ancestrales sont l’observation nous permettrait de mieux comprendre comment se déroule notre développement, et comment nous avons évolué! Et le développement chez l’ascidie, c’est super facile à observer en plus! A partir de la cellule œuf, chaque division va donner de nouvelles paires de cellules de manière stéréotypée: en d’autres termes les divisions sont si bien organisées chez l’ascidie qu’à la fin de son développement on est capable de dire précisément le lignage cellulaire de toutes les cellules qui composent la larve : par exemple, telle cellule musculaire provient de la division de la cellule X au stade où l’embryon est composé de 32 cellules, etc…
Pour mieux comprendre le développement de Ciona intestinalis, voici deux planches représentant les différentes étapes de l’embryogenèse de cet animal:

Stages of Early Embryonic Development in Ciona intestinalis, K. Hotta, 2007

La première planche nous décrit son développement observé en microscopie classique. La barre représentée sur la première figure (stade 1) représente l’échelle : 100µm soit 1 dixième de millimètre… donc tout pitit!

Stages of Early Embryonic Development in Ciona intestinalis, K. Hotta, 2007

Cette seconde planche, nous décrit les mêmes étapes, mais en microscopie confocale.
Mais bon, on est là pour voir des timelapses là, non? Et bien c’est parti avec un premier film en microscopie classique: 10 heures et 50 minutes de développement compressées en 18 secondes.

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Mais bon, il ne s’agit malheureusement pas d’une œuvre SSAFT Film Production, mais de celle d’une équipe japonaise qui met gracieusement en ligne la description de leurs travaux. Les vidéos qui suivent, par contre, ont été acquises par votre serviteur:

Petits éclaircissements pour cette étape: la gastrulation. En gros et simplilfié, la gastrulation, c’est le moment au cours du développement des animaux où les cellules commencent à bouger, en plus de se diviser, et où trois types de tissus commencent à se distinguer les uns des autres: l’ectoderme, l’endoderme et le mesoderme. L’ectoderme se trouve à la surface de l’embryon et donnera la peau et le système nerveux de l’animal, l’endoderme se trouve au plus profond de l’embryon et ses dérivés appartiennent majoritairement au système digestif, et enfin le mesoderme se retrouve coincé entre les deux autres tissus, et donne les muscles (+ cartillages et os chez les vertébrés).

 

Mais pourquoi ces embryons sont-ils tous verts, me demanderez vous. Et bien c’est parce que mon expérience… n’a pas marché. Ce que je désirai en fait, c’est observer la présence de molécules fluorescentes (que j’avais introduit dans les œufs fécondés) à des endroits bien spécifiques de ces embryons (en l’occurence, dans la notochorde). Comme on peut le voir, mes embryons sont devenus complètement fluorescents. Donc ça donne de très jolis films, mais c’est totalement inutile pour mes recherches…
Quand même funky, non?
Et bien pas aussi Funky que ce qu’a réalisé l’équipe d’Aniseed: un embryon de Ciona intestinalis virtuel!

Gastrula virtuelle (118 cellules) de Ciona intestinalis, F. Robin and P. Lemaire

Vous pouvez aller sur le site et télécharger ce superbe logiciel qui vous permet de naviguer autour, voire à l’intérieur d’embryons à différents stades de développement.

Ce sont en fait des reconstitutions de véritables embryons dont la surface de chaque cellule a été scannée par microscopie confocale et reconstituée virtuellement ensuite. Le logiciel propose de nombreuses fonctions comme l’ablation virtuelle de cellule, des coupes virtuelles à travers l’embryon ou encore la coloration des cellules en fonction de leurs nature (musculaire, nerveux, etc…).
Bon ben c’est pas tout, mais j’ai des expériences à recommencer moi!

Références:
Satoh, N. (2003). "The ascidian tadpole larva: comparative molecular development and genomics." Nat Rev Genet 4(4): 285-295.
Delsuc, F., H. Brinkmann, et al. (2006). "Tunicates and not cephalochordates are the closest living relatives of vertebrates." Nature 439(7079): 965-968.
Passamaneck, Y. J. and A. Di Gregorio (2005). "Ciona intestinalis: chordate development made simple." Dev Dyn 233(1): 1-19.
Hotta, K., K. Mitsuhara, et al. (2007). "A web-based interactive developmental table for the ascidian Ciona intestinalis, including 3D real-image embryo reconstructions: I. From fertilized egg to hatching larva." Dev Dyn 236(7): 1790-1805.
Bourlat, S. J., T. Juliusdottir, et al. (2006). "Deuterostome phylogeny reveals monophyletic chordates and the new phylum Xenoturbellida." Nature 444(7115): 85-88.
Bock, G. and J. Marsh (1991). Biological asymmetry and handedness, John Wiley & Son Ltd.
Sprinkle, J. (1987). "The calcichordate theory: the ancestry of the vertebrates." Science 236(4807): 1476.

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