Paracentrotus lividus

Chez les métazoaires, chaque individu se construit à partir d’une cellule unique, l’œuf ou zygote, pour former un organisme multicellulaire comprenant de nombreux types de cellules différenciées qui expriment des ensembles de gènes différents. Le génome est au centre de ce processus complexe puisqu’il contient les informations qui contrôlent l’état final et les processus de développement qui y conduisent. Avec la description systématique des patrons d’expression des gènes et les analyses fonctionnelles, les approches génomiques et transcriptomiques apportent des données de base pour analyser les réseaux de gènes dont l’activité est essentielle au cours du développement. L’intégration de la dynamique des réseaux de gènes et de l’analyse en 4D du développement de l’embryon conduira à une approche globale permettant une meilleure compréhension du développement complexe des multicellulaires.

Les oursins sont des animaux marins biens connus et que l’on trouve dans toutes les mers du monde. L’oursin adulte a une symétrie pentaradiaire (fig. 1A), une caractéristique peu répandue dans le règne animal et qui est encore plus apparente chez un animal voisin, l’étoile de mer. Malgré ce caractère considéré comme dérivé, les oursins font partie du groupe des Bilatériens, comme le montre la symétrie bilatérale de leurs embryons (fig. 1B). Les oursins appartiennent au phylum des Echinodermes, qui avec les Hémichordés et Xenoturbella forment un groupe frère des Chordés (groupe dont font partie les Vertébrés).

L’embryon de Paracentrotus lividus (la principale espèce comestible dans la zone méditerranéenne et atlantique nord-est), est un modèle expérimental exceptionnel en biologie du développement. Les embryons de cette espèce ont été utilisés dès le 19ème siècle par les biologistes européens pour des études qui ont conduit à des découvertes fondamentales en biologie. Le rôle des pronuclei des gamètes et leur fusion au cours de la fécondation ont été découverts par Hertwig et Fol, Boveri a montré que tous les chromosomes devaient être présent dans chaque cellule pour que l’embryon se développe correctement, Driesch a découvert les capacités régulatives des embryons et Horstadius a développé des idées sur les gradients et mis en évidence des interactions inductives entre cellules.

Comme les autres oursins, P. lividus produit de grandes quantités de gamètes (> 10⁷ œufs par femelle) et la fécondation peut être effectuée in vitro avec un rendement de pratiquement 100 %, ce qui permet d’avoir de très importantes populations d’embryons qui se développent rapidement et de façon synchrone. L’œuf de P. lividus présente une caractéristique unique, une bande pigmentée sous-équatoriale qui permet d’orienter l’œuf par rapport à l’axe embryonnaire primordial (appelé axe animal-végétatif) (fig. 2A). Les œufs et les embryons sont très résistants et peuvent subir des ablations par microchirurgie et des recombinaisons de blastomère. La microinjection dans l’un des blastomères de l’embryon au stade 8 cellules peut être réalisée en routine chez P. lividus, alors que c’est à peu près impossible chez d’autres espèces. L’embryon présente une transparence exceptionnelle (fig. 2B-D) qui facilite l’observation des tissus et cellules, la migration des cellules et les mouvements de feuillets embryonnaires, ainsi que la lecture sur des embryons entiers de signaux d’hybridation in situ, d’immunomarquage, des protéines GFP et de gènes rapporteurs.

L’embryon est particulièrement approprié pour l’utilisation de toutes les méthodes d’imagerie (fig. 3).

Un crible à grande échelle par hybridation in situ a été réalisé [1]. Les premières reconstructions 4D d’un embryon en cours de développement à partir d’images de microscopie confocale ont été réalisées avec l’embryon de P. lividus, permettant l’élucidation complète et précise du lignage de cet embryon jusqu’au stade 500 cellules [2]. De plus, la microinjection de plasmides dans l’œuf permet l’analyse des cis-régulations, alors que l’injection d’ARNm et de morpholino-oligonucléotides permet des études fonctionnelles par gain et perte de fonction. L’embryon d’oursin est l’un des modèles de pointe pour l’étude des réseaux d’interaction entre gènes [3].