La gastrulation établit les trois tissus primaires d’un embryon : l’ectoderme, le mésoderme et l’endoderme. Ce processus de développement repose sur une série de mouvements cellulaires complexes, qui chez l’homme transforme un “ disque tridermique ” plat composé de deux feuilles de cellules en une structure à trois niveaux. Dans l’embryon qui en résulte, l’endoderme sert de couche inférieure et, empilé directement au-dessus de lui, se trouve le mésoderme intermédiaire, puis l’ectoderme tout en haut. Respectivement, ces couches tissulaires formeront des composantes des systèmes gastro-intestinal, musculo-squelettique et nerveux, entre autres dérivés.

La comparaison de la gastrulation entre les espèces

Selon l’espèce, la gastrulation est réalisée de différentes façons. Par exemple, les embryons de souris précoces sont de forme unique et apparaissent comme des “ entonnoirs ” plutôt que comme des disques plats. La gastrulation produit ainsi un embryon conique, disposé avec une couche interne d’ectoderme, une couche externe d’endoderme, et le mésoderme pris en sandwich entre les deux (semblable aux couches d’un cornet de glace). En raison de cette caractéristique morphologique distincte des souris, certains chercheurs étudient d’autres modèles, comme le lapin ou le poulet, qui se développent tous deux comme des structures plates, pour mieux comprendre le développement humain.

La strie primitive et le nœud

L’une des principales caractéristiques morphologiques de la gastrulation aviaire et mammifère est la strie primitive, une rainure qui apparaît au centre vertical de l’embryon, et à travers laquelle les cellules migrent pour établir le mésoderme et l’endoderme. À la pointe de la strie se trouve une autre structure importante, appelée le nœud, qui apparaît comme une indentation conique. Les cellules qui migrent à travers le nœud contribuent non seulement aux muscles et aux tissus conjonctifs de la tête, mais forment également une structure mésodermique transitoire appelée notochorde (future moelle spinale) qui joue un rôle essentiel dans la direction du développement de certains neurones. En outre, le nœud “ organise ” également le développement de l’embryon, en raison des signaux qu’il produit. Par exemple, les protéines de chordine et de noggine émanant du nœud aident à diriger l’ectoderme voisin pour former le tissu neural. En fait, si un nœud de souris est enlevé et transplanté dans un autre embryon de souris, il peut partiellement générer un deuxième axe neuronal, avec des plis neuronaux.

Cartographie des mouvements et des destins des cellules

Puisque la gastrulation repose sur des mouvements cellulaires complexes pour générer les trois couches de tissu, les chercheurs ont également suivi cette migration en injectant du colorant dans des cellules d’organismes modèles, puis en mettant les embryons en culture. Associées à la vidéomicroscopie, ces techniques ont révélé que chez le poulet, les cellules épiblastiques sont balayées dans la strie primitive par des mouvements circulaires de balayage, et des schémas similaires de migration ont été démontrés chez le lapin. Ces techniques ont également été étendues non seulement pour examiner comment les cellules se déplacent pendant la gastrulation, mais aussi pour suivre les types de tissus que les cellules marquées vont finir par former, générant des “ cartes de destinée ” détaillées des embryons précoces.