Polarisation corticale des oeufs et embryons d'ascidie de la maturation à la 1ère division inégale
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The ascidian egg cortex is highly polarized along the animal-vegetal (a-v) axis at the end of oogenesis, and along the Dorso-Ventral (D-V) axis and Antero-Posterior (A-P) axis between fertilization and first cleavage. Mature ascidian oocytes display (a-v) gradients of 1) a mitochondria-rich subcortical domain (called myoplasm), 2) a network of cortical Endoplasmic Reticulum (cER), and several cortical maternal mRNAs called postplasmic/PEM RNAs. We show that these domains and mRNAs acquire their polarized distribution during oocyte maturation. After fertilization the oocyte cortex undergoes 2 major phases of reorganization. The cortical (cER) and subcortical (myoplasm) domains are first concentrated in the vegetal contraction pole (future dorsal pole) during an acto-myosin dependant cortical contraction(first major phase of reorganization). The myoplasm, cER/mRNA domains are then translocated posteriorly by a microtubule-dependant movement of the sperm aster with respect to the cortex (second major phase of reorganization). The domains are distributed equally between blastomeres during the first cleavage. At the 2-4 cell stage, the myoplasm, cER and postplasmic/PEM RNAs accumulate in posterior blastomeres. At the 8 cell stage, cER and postplasmic/PEM RNAs are concentrated in a cortical macroscopic structure called Centrosome Attracting Body (CAB) located in the vegetal posterior-most blastomeres (B4. 1). The CAB is involved in the formation of three successive unequal cleavages and in mRNA segregation in small posterior blastomeres. We have characterized for the first time the evolution and dynamics of this cortical polarity using cortex isolation and characterization in oocytes, zygotes and early embryos (8 cell stage). We observe that two postplasmic/PEM RNAs, PEM1 and macho1 respectively involved in axes formation and primary muscle cell formation, are anchored to the surface of the polarized network of cortical rough ER. After fertilization these cortical RNAs are concentrated in the vegetal cortex with the cER (forming a cER/mRNA domain). The cER/mRNA domain moves posteriorly before the first cleavage and compacts into the CAB at the 8 cell stage. We discuss how the cytoskeleton relocates the cER/mRNA domain and how the CAB may form from the translocation and compaction of polarized cER/mRNA domain already present in the oocyte. We also discuss how the segregation of postplasmic/PEM RNAs into specific blastomeres directs development and differentiation of the posterior region of the embryo and particular primary muscle cell formation.
Abstract FR:
Le cortex des œufs d’ascidies est hautement polarisé suivant l’axe animal-végétatif (a-v) à l’issue de l’ovogenèse, puis suivant les axes Dorso-Ventral (D-V) et Antero-Posterieur (A-P) à partir de la fécondation jusqu’au 1er clivage. Les ovocytes matures d’ascidie sont caractérisés par la distribution en gradient (a-v) de - 1) un domaine sous-cortical riche en mitochondries (appelé myoplasme) ; - 2) d’un domaine riche en Reticulum Endoplasmique cortical (REc) et d’une classe d’ARN messagers corticaux d’origine maternelle (appelée ARNm postplasmiques/PEM). Nous avons montré que la polarisation (a-v) de ces domaines s’effectue au cours de la maturation des ovocytes. Le cortex des œufs subit à l’issue de la fécondation 2 phases majeures de réorganisations. Le myoplasme, le REc ainsi que les ARNm postplasmiques/PEM se concentrent dans le pôle de contraction végétatif (futur pôle Dorsal) au cours d’une première phase majeure de réorganisation acto-myosine dépendante. Le myoplasme, le REc/ARNm corticaux sont ensuite déplacés au niveau du pôle postérieur lors d’une seconde phase majeure de réorganisation dépendante des microtubules. Ces domaines sont répartis de façon équivalente entre les blastomères au cours du premier clivage. Aux stades 2-4 cellules, le myoplasme, le REc et les ARNm postplasmiques/PEM s’accumulent dans les blastomères postérieurs. Au stade 8 cellules, le REc et les ARNm postplasmiques/PEM se concentrent au niveau d’une structure macroscopique corticale appelée CAB (pour Centrosome Attracting Body) localisée dans les blastomères végétatifs les plus postérieurs (B4. 1). Le CAB est impliqué dans la genèse de 3 divisions inégales successives et la ségrégation des ARNm postplasmiques/PEM. Nous avons caractérisé pour la première fois l’évolution et la dynamique de cette polarité corticale en utilisant des cortex isolés à partir d’ovocytes, de zygotes et d’embryons au stade 8 cellules. Nous avons montré que deux ARNm postplasmiques/PEM, PEM1 et macho1, respectivement impliqués dans la formation des axes et la différenciation des cellules musculaires primaires, sont ancrés à la surface d’un réseau polarisé de RE corticale rugueux déjà présent dans les ovocytes matures. Après fécondation, ces ARNm corticaux se concentrent dans le cortex végétatif avec le REc (formant un domaine REc/ ARNm). Ce domaine REc/ARNm se relocalise ensuite en position postérieure avant le 1er clivage et s’accumulent avec celui-ci dans le CAB au stade 8 cellules. Nous discutons 1) le rôle du cytosquelette dans la relocalisation du domaine polarisé riche en REc/ARNm après fécondation, et dans la formation du CAB ; 2) les mécanismes de ségrégation des ARNm postplasmiques/PEM dans les blastomères postérieurs de l’embryon ; 3) les conséquences de ces remaniements dans la différenciation de l’embryon d’ascidie et en particulier celle des cellules musculaires primaires.