Caryogamie

Approche dynamique des aspects cytologiques

Phénomènes chromosomiques

Le document de base proposé est une vidéo (qui peut être réalisée en classe), d'une durée initiale de 10 minutes, condensée ici en une version .flv pour les besoins de la mise en ligne. On suit en continu, dans un oeuf en place dans l'utérus d'un nématode hermaphrodite, le rapprochement des 2 pronuclei , leur fusion et le début de la première mitose de segmentation. La vidéo permet une approche dynamique des phénomènes cytologiques de la caryogamie. Certaines images convenablement choisies extraites de la vidéo, peuvent servir à introduire une évaluation concernant les phénomènes chromosomiques qui caractérisent la caryogamie à condition de fournir quelques informations complémentaires car les chromosomes ne sont pas apparents.
Approche dynamique des phénomènes cytologiques de la caryogamie
Ce que montre la vidéo
- Rapprochement puis fusion des pronuclei
Les 2 pronuclei sont d'abord visibles aux pôles de la cellule oeuf, le noyau mâle au pôle postérieur (en bas) et le noyau femelle à l'opposé où l'achèvement de la méiose s'est déroulé. Leur rapprochement se fait en 2 temps. Il y a d'abord un déplacement lent du noyau femelle puis une accélération du mouvement, le noyau mâle semblant alors exercer une forte attraction sur le pronucleus femelle.
Les 2 pronuclei s'accolent dans la partie postérieure de l'oeuf, ils subissent, ensemble, une rotation de 90° et se déplacent vers la partie centrale de la cellule. Les asters sont visibles.
Les enveloppes pronucléaires disparaissent, les deux contenus nucléaires ne forment plus qu'un ensemble, le fuseau édifié entre les asters permet le déroulement de la mitose.
- Pseudoclivage
Pendant la phase de rapprochement des pronucléi, l'oeuf est le siège de réarrangements cytoplasmiques matérialisés par les ondulations visibles au niveau de la membrane plasmique. Ces replis résultent de contractions qui affectent le cortex de la cellule, d'abord dans son ensemble puis seulement dans la partie où se trouve le noyau femelle, un sillon profond séparant un territoire (antérieur) où le cortex est resté contractile d'un autre où il ne l'est plus. Puis ce pseudoclivage disparaît le cortex devenant uniformément "lisse".
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Rq/ L'arrivée du noyau mâle dans l'ovocyte déclenche sa maturation méiotique du gamète femelle. Le centrosome spermatique qui l'accompagne (2 centrioles) est l'initiateur des processus moléculaires responsables d'une part de la dynamique de la caryogamie et d'autre part de la mise en place de l'axe de polarité antéro-postérieur. Ainsi, le centrosome spermatique acquiert l'aptitude à nucléer des microtubules (fibres astériennes). Après le dédoublement du centrosome, les fibres en expansion des 2 asters interviennent probablement dans le guidage du pronuceus femelle vers le pronucleus mâle puis dans le positionnement des noyaux accolés. Les asters sont probablement également impliqués dans les mouvements concertés de certaines protéines (en particulier corticales) qui aboutissent à leur ségrégation en 2 domaines distincts (polarité antéro-postérieure). Voir animation (site wormclassroom).
Phénomènes chromosomiques
Dans les pronuclei, les chromosomes ne sont pas repérables . Il est cependant possible d'utiliser des images extraites de la vidéo pour construire une évaluation visant à tester la bonne compréhension des phénomènes chromosomiques qui caractérisent la caryogamie.
- les acquis: chaque pronucleus a reçu, à l'issu de la méiose, un lot haploïde de n chromosomes à une chromatide.
- donnée tirée de la vidéo : dans la cellule oeuf, la mitose se déroule dans la continuité de la caryogamie, sans délai, la phase S (du premier cycle cellulaire de la segmentation) se déroule donc obligatoirement dans chacun des pronuclei.
- données complémentaires: l'utilisation d'un marqueur de la phase S, associé à un fluorophore (GFP-PCNA) a permis, chez Caenorhabditis elegans, de confirmer que la réplication de l'ADN se déroule bien dans chaque pronuclei pendant la phase de rapprochement.
La transposition des résultats obtenus avec le marqueur aux images ci-dessous permet, en se basant sur la position respective des noyaux, de situer le début et la fin de la phase S. On peut également caler la prophase de mitose. Voir tableau
image 1 pronuclei interphasiques
image 2 début réplication de l'ADN dans chaque pronucleus
images 3 à 5 phase S de plus en plus avancée dans chaque pronucleus
image 6 début prophase dans chaque pronucleus
image 7 prophase avancée (condensation des chromosomes) dans chaque pronucleus
image 8 prophase terminée
image 9 métaphase
- évaluation
Considérer que les images fournies concernent une caryogamie observée chez l'espèce modèle C. elegans dont la formule chromosomique est 10A+XX pour l'hermaphrodite et 10A+X0 pour le mâle.
Les chromosomes de Caenorabditis elegans
Représenter la garniture chromosomique de chacun des noyaux présents dans la cellule oeuf en envisageant pour chaque cas à traiter (images 1, 7, 8 et 9) les éventualités suivantes : autofécondation , fécondation croisée (mâle / hermaphrodite). Rassembler les croquis dans un tableau.
Cas de l'image 1: schématiser les chromosomes dans un état condensé qui ne correspond pas à la réalité.
Voir correction
Complément: caryogamie dans l'oeuf d'ascaris (voir images)
Les coupes réalisées au bon niveau dans la gonade d'un nématode du genre Ascaris peuvent également servir de support pour construire une évaluation.