Développement embryonnaire et nidation

Développement
embryonnaire précoce,
endomètre et implantation
Roger Leandri
[email protected]
DESC, 2010
PLAN
• Introduction
• Développement embryonnaire préimplantatoire
– Descriptions morphologiques
– Phénomènes moléculaires:
• Reprogrammation gamétique et activation du génome
• métabolisme
• Endomètre
• L’implantation
• Conclusion
Physiologie de l’implantation
ENDOMETRE
EMBRYON
Suppose un Dialogue embryon-endomètre
protagonistes « bien disposés » fenêtre d’implantation
Capacités d’écoute (récepteurs) et de réponse (signaux)
Le développement préimplantatoire:
une période complexe
Expressions
géniques
Régulations
transcriptionnelles
Empreinte
parentale
Régulations
épigénétiques
Inactivation du X
Métabolismes
Description morphologique
1- Segmentation
•
J1
J2
environ 1division par jour jusqu’à J4
1ère division
Synchronisme
Régularité:
- cytoplasmique
- nucléaire
2èmes divisions
3èmes divisions
+/-
-
stade 3: 1 à 2h
stade 5, 6, 7
J3
Description morphologique
2- Compaction
changements moléculaires de surface
(stade 8-16 cell chez l’homme)
Augmentation des contacts
intercellulaires
1) jonctions adhérentes adhésion
2) jonctions serrées polarité
3) Gap junctions communications
Cellules périphériques de l’embryon:
- Polarisation cellulaire
- Différenciation épithéliale
Description morphologique
3- Cavitation
Trophoblaste
Blastocèle
Morula compactée (J3J4)
H2O
Pôle
apical
K+
Pompe
Na/K
ATPase
H2O
Masse cellulaire
interne
Blastocyste (J4-J5)
K+
Na+
Na+
ATP +++
H2O
Jonction serrée
Pôle latéro-basal
Mouvements hydroélectrolytiques
Description morphologique
4 - Eclosion
Elle se produit à J6 et provient de:
- contractions itératives du blastocyste (in vivo ?)
- sécrétion par les cellules du trophectoderme de protéases rupture ZP
Seul un blastocyste est capable de s’implanter car
il possède:
- un blastocèle
- un trophectoderme (tissu dédié à l’implantation)
Rupture de la zone pellucide
6ème jour
5ème-6ème jour
Éclosion du
blastocyste
ZP après éclosion
Phénomènes moléculaires
Génome silencieux
Cellules germinales
différenciées
Zygote :
totipotent
Reprogrammation
des génomes
gamétiques
Génome actif
Embryon clivé :
blastomères
totipotents
Formation et
Activation du
génome
embryonnaire
Blastocyste:
cellules différenciées
cellules pluripotentes
Deux patrons
d’expression
de gènes
Phénomènes moléculaires
Reprogrammation des génomes gamétiques
Structure des génomes
gamétiques
Noyau ovocytaire:
chromosomes métaphasiques
Noyau spermatique: condensation
6x plus grande (85% protamines,
15% histones)
Phénomènes moléculaires
Reprogrammation des génomes gamétiques
Reprogrammation
gamétique
Modifications épigénétiques
1) Remodelage de la chromatine
- Remplacements de protéines liées à
l’ADN
- Modifications de ces protéines
2) méthylation de l’ADN
NH2
C
N
O
CH
C
CH
N
H
cytosine
DNA methyltransferase
(DNMT)
NH2
C
N
C
O C
CH3
CH
N
H
5-methylcytosine
Reprogrammation gamétique
1er exemple:
Le remplacement de l’histone H1
ovocytaire par l’histone H1
somatique dans l’embryon de
souris
Au stade MII: pas de H1s
H1 absent du PN ♂
H1OO présent dans les 2
PN
H1s a remplacé H1OO
Gao 2004
Reprogrammation gamétique
2ème exemple:
La méthylation de l’ADN
NH2
C
N
CH
O C
CH
N
H
cytosine
DNA methyltransferase
(DNMT)
NH2
C
N
C
O C
CH3
CH
corrélée avec la répression
des gènes
N
H
5-methylcytosine
paternel
maternel
ADN
Méthylation
l’ADN du génome paternel est rapidement déméthylé après
fécondation, alors que celui du génome maternel reste méthylé
La reprogrammation permet l’activation du génome
embryonnaire
Cellule
Chromosome
Noya
u
Code des Histones
=
Modifications covalentes portées par les
extrémités N et C terminales des histones
Chromatine
Nucléosome
s
Octamères
d’Histones
Ac
Me
P
Me
Ub
AD
N
Chromatine accessible
Transcription active
Molécule double hélice
d’ADN
P
Me
Me
Chromatine condensée
Transcription réprimée
Ac:
Me:
P:
Ub :
acétylation
méthylation
phosphorylation
ubiquitinilation
groupe méthyl sur CpG
P. Fauque, Thèse
pg
La reprogrammation permet l’activation du génome
embryonnaire
40
20
ADN
Méthylation
Santos et al., Dev. Biol. 2002
low
sperm
m
ethylation
high
mature oocytes
2C
4C
8C
morula
blastocyste
blastocyste
fertilisation
embryonic lineages
DNA replication
extra-embryonic lineages
developmental time
L’activation du génome embryonnaire
pg
Ce n’est pas un processus uniforme:
40
20
vagues d’activation génique
Une marque épigénétique particulière: l’empreinte parentale
- Certains gènes ont une méthylation différente sur leurs 2 allèles
- spécifiques de l’origine maternelle ou paternelle, elles inactivent l’allèle porteur
- effacement nécessaire à chaque génération (pour que les gamètes transmettent une
empreinte spécifique du sexe de l’individu)
Lecture
M
P
Développement
post implantatoire
Fécondation
Lecture et maintien
dans les cellules somatiques
Etablissement
M
M
P
P
Chez le foetus
Chez l’adulte
Gamétogénèse
P. Fauque, Thèse
Effacement
Cellules germinales
Marques épigénétiques
Inhibition de la transcription
Transcription
Une marque épigénétique particulière: l’empreinte parentale
Animaux
Anomalies du développement
Chez l’homme ?
syndromes de Beckwith-Wiedemann,
d’Angelman ?
Phénomènes moléculaires
Métabolismes des carbohydrates
du stade 1 à 8 cellules:
- NRJ provient de l’oxydation des acides carboxyliques pyruvate et lactate
- le glucose est faiblement utilisé à ces stades et ne suffit pas à lui seul car:
- faible activité des enzymes de la glycolyse (isoformes)
- synthèses faibles ATP/ADP élevé glycolyse inhibée
A partir du stade morula:
- le glucose devient le principal carbohydrate utilisé:
- augmentation des activités enzymatiques de la glycolyse
- augmentation des synthèses
ATP/ADP diminue
lève l’inhibition
Phénomènes moléculaires
Métabolismes des acides aminés
Travaux de David Gardner et Mickaël Lane:
1) Utilisation bi phasique des Aa au cours du développement:
- Zygote à 8 cell: Aa non essentiels
- > 8 cell: Aa essentiels sont nécessaires en plus
1ers clivages: l’embryon précoce préfère puiser dans l’environnement que
de synthétiser ses Aa non essentiels (NRJ)
2) Dégradation temps-dépendante des Aa dans le milieu:
- entraîne la production d’ions ammonium (déamination) NH4+
nécessité de changement de bains tous le 48 h
Travaux à l’origine de l’apparition des milieux séquentiels en AMP
Milieu 1
Milieu 2
- Pyruvate +++, glucose +/-
- Pyruvate +, glucose +++
- Aa non essentiels
- Tous les Aa
2ème protagoniste: l’endomètre
L’endomètre régénération et différenciation tissulaire à chaque cycle menstruel
Rôle majeur des stéroïdes sexuels
Régles Phase proliférative
E2
Phase sécrétoire
P4
2ème protagoniste: l’endomètre
Muqueuse composée de:
1°) épithélium:
Cylindrique simple (C. cilièes,
C. sécrétrices)
Invaginations glandes
tubuleuses simples
Endomètre
2°) chorion ou stroma:
- glandes
- cellules fibroblastiques
-PNN, macrophages, cellules
NK, mastocystes…
- capillaires
Myométre
2ème protagoniste: l’endomètre
La différenciation tissulaire touche l’épithélium….
Phase proliférative
Glandes tubuleuses
à ⊄ peu sécrétantes
Phase sécrétoire
Prolifération cellulaire
Glandes contournées
à ⊄ sécrétantes
La différenciation tissulaire touche l’épithélium….et le stroma
Phase proliférative
Stroma dense
⊄ stromales: fibroblastes
Phase sécrétoire
oedème
décidualisation
Stroma lâche
⊄ stromales: ⊄ déciduales
Impact en AMP: Aspect échographique
1) en fin de phase proliférative
- 2 feuillets endométriaux hypoéchogènes
(glandes tubuleuses peu secrétantes)
Triple feuillet (8 à 12 mm)
- 1 feuillet centrale hyperéchogène (cavité)
2) en phase secrétoire:
- échogènicité des feuillets endométriaux
(glandes contournées très secrétantes)
L’endomètre en phase proliférative
Phase proliférative = remodelage, prolifération, mécanismes anti-apoptotiques
et angiogenèse
sous dépendance des oestrogènes +++
Phase folliculaire
- E2 stimule l’expression des ER,
des PR sur les cellules glandulaires
et stromales
- E2 a un effet mitotique via:
• IGF et IGFBP
• EGF et EGFR
• TGFα
α, amphiréguline …
Glandes tubuleuses, densité
stroma
- Angiogenèse via VEGF, EGF…
L’endomètre en phase sécrétoire
= ralentissement de prolifération épithéliale,
transformation du stroma +++ = décidualisation
sous dépendance de progestérone +++:
- Nécessite amorçage par E2
(
PR)
- glandes sécrétions
- ⊄ épithéliales luminales:
pinopodes
- apparition ⊄ déciduales
(expression de cytokines+++)
- infiltration massive de ⊄
immunitaires (uNK…)
Phase sécrétoire
Impact en AMP: Aspect anapath
En théorie, la biopsie d’endomètre est le gold standard pour dater l’endomètre
MAIS: variabilité inter et- intra-opérateur +++, inter-cycles
La fenêtre d’implantation
Au cours de la phase sécrétoire (de J19 à J24)
Phase pré-réceptive
Fenêtre d’implantation
Phase réfractaire
Environnement
Environnement
Environnement
favorable
très favorable
hostile
J19
J14
Stade embryonnaire
défavorable
J24
Stade embryonnaire
favorable
Les éléments de la réceptivité endomètriale
- Apparitions de pinopodes: protrusions cellulaires P4 dépendantes:
- pas de sécretions endométriales
- pas de cils
facilite contacts
- Expression de LIF par l’endomètre
- Expression de molécules d’adhésion
(intégrines, sélectines….)
LH + 4
LH + 7
La fenêtre d’implantation
Permise par un dialogue entre embryon et endomètre
IL 1
- produit par blasto, endomètre
- stimule LIF, TNFα, IL 6,8 …
-KO: implantation
- dans endomètre si FCS à
répétition
VEGF
- produit par blasto, endomètre
- stimule angiogenèse et
perméabilité vasculaire
LIF
- produit par endomètre
- stimule transformation du trophoblaste
-KO: pas de décidualisation
- dans endomètre si infertilité
inexpliquée
Staun-Ram et al, 2005
Le dialogue entre embryon et endomètre
durant la fenêtre d’implantation: un exemple
décidualisation
invasion
trophoblaste syncytiotrophoblaste
corps jaune: P4
+
hCG
+
LIF
+
+
LIF-R
IL-1
IL-1 R
1ère phase de l’implantation: l’apposition
Disparition du glycocalix sous les ⊄ du TE (via pinopodes ?)
Résultat d’un dialogue précoce ?
Sélectine,
hCG ??
Glycocalix épithélial riche en mucines
entrave certaines interactions ligands-récepteurs (intégrines, cadhérines…)
tout en liant des ligands sélectine
2ème phase de l’implantation: l’adhésion
Disparition du glycocalix sous les ⊄ du TE
Démasquage de molécules d’adhésion sur ⊄ épithéliales
(ostéopontine, intégrines, tétraspanine CD9…)
Interactions possibles avec leurs récepteurs sur TE
3ème phase de l’implantation: l’invasion
6ème jour
7ème jour
7-8ème jour
lacunes
Cy
Cy
Ep
Sy
Sy
St
1. Rupture lame basale épith.
2. syncytiotrophablaste (Sy) sécrétions protéolytiques
pénétration en profondeur
3. Lyse capillaire endométriale lacunes
Les pathologies de l’implantation
1°) les causes utéro-tubaires
A) Les malformations utérines
B) les lésions intracavitaires
C) les hydrosalpinx
Effet bénéfique de la brêche endométriale ?
Principe:
- la cicatrisation libère des substances pro-implantatoires (LIF, EGF, cyokines)
- meilleure synchronisme embryon-endomètre ?
Les pathologies de l’implantation
2°) les causes embryonnaires
A) Les aneuploïdies: +++
Transfert de blastocyste
Caryotypes
Intérêt du PGS ???
3°) les causes embryonnaires (suite)
B) l’environnement in vitro: intérêt de la coculture
Principe:
- sécrétions FdC, cytokines …
- détoxification du milieu
Kattal et al, FS, 2008
B) la coculture sur cellules endométriales autologues
Principe:
- BE en phase lutéale
- culture cellulaire
- culture embryonnaire sur cellules autologues
Résultats:
- plusieurs études cliniques significatives
- mais aucun RCT
Problèmes:
- lourdeurs techniques et financières
- rôle favorable de la brêche endométriale ?
Eyheremendy, FS, 2010
Les différentes stratégies pour améliorer
l’implantation
oui
oui si…
???
???
non
???
non
non
???
oui
non
oui
oui
oui
???
???
Conclusion
- implantation: utilisée comme modèle du « chaos » biologique …!
- Effet « endomètre » relatif:
- GEU +++
- femmes âgées
- Mis à part les causes utérines évidentes, les traitements visant à améliorer
la réceptivité endométriale restent à démontrer….