Cellules germinalesDéfinition, de l’embryon aux gamètes, Vs cellules somatiques

Définition : Que sont les cellules germinales?

Essentiellement, les cellules germinales sont les précurseurs embryonnaires des ovules et des spermatozoïdes (gamètes) impliqués dans la reproduction sexuée chez les animaux. Chez les vertébrés, ces cellules proviennent de l’extérieur de l’embryon au début du développement avant de migrer vers les organes reproducteurs de l’organisme.

Par exemple, chez la souris, elles proviennent d’embryons pré-gastrulation, post-implantation (un embryon qui ne s’est pas encore fixé à la paroi utérine). Parce qu’elles jouent un rôle important dans la transmission de l’information d’une génération à l’autre, les cellules germinales sont qualifiées de cellules immortelles dans certaines sphères.

* Étant donné que toutes les cellules d’un organisme sont les descendantes des cellules germinales primordiales (CGP), les CGP sont souvent qualifiées de totipotentes.

Certaines des caractéristiques des cellules germinales comprennent :

• De forme ronde ou ovale
• De grande taille (allant de 10 à 20 um selon l’organisme)
• Volumineux, noyau situé de façon excentrée
• Utilisent le mouvement amiboïde pour migrer
• Haute activité de phosphatase alcaline

Développement embryonnaire des cellules germinales

Comme toutes les autres cellules (dans les tissus somatiques) le développement de la lignée germinale est également hautement régulé pour s’assurer que l’organisme devient fertile et capable de se reproduire. Chez les vertébrés, ce processus est connu sous le nom de spécification PGC (spécification des cellules germinales) et est divisé en deux modes, à savoir ; le mode inductif et le germoplasme.

* La spécification des cellules germinales fait référence au processus par lequel les cellules germinales sont mises de côté.

Germplasm – Dans ce mécanisme de spécification des cellules germinales, les protéines héritées de la mère (y compris les ARN, certains organites, etc.) sont mises de côté sur un emplacement spécifique dans l’ovocyte ou dans l’embryon précoce avec les informations instructives qui dirigent la différenciation des cellules en cellules germinales.

Dans D. melanogaster, par exemple, les protéines et les ARN produits par les cellules nourricières sont transportés vers l’ovocyte par les ponts cytoplasmiques et se localisent à la partie postérieure de l’ooplasme lorsqu’ils se fixent à l’ovocyte. Ici, l’ooplasme devient le germoplasme et les cellules qui en héritent pendant l’embryogenèse se développent pour devenir des cellules germinales primordiales.

Selon un certain nombre d’études, la perte du germoplasme a été associée à l’absence ou à la diminution des cellules germinales prouvant ainsi que les composants du germoplasme sont cruciaux pour le développement des cellules germinales.

Induction

Par rapport à la spécification du germoplasme, l’induction s’est avérée être un mécanisme plus commun de spécification des cellules germinales pour la plupart des animaux. Il est similaire aux autres mécanismes utilisés pour la spécification cellulaire dans l’organisme et implique l’induction des cellules germinales par des signaux provenant de l’ectoderme extra-embryonnaire.

Dans l’embryon de souris comme dans de nombreux autres embryons animaux, l’ectoderme extra-embryonnaire envoie les signaux (Bmp4/8- Bone marrow promoting factor 4/8) à l’épiblaste (embryon proprement dit) qui, à son tour, stimule les cellules à l’interphase pour se développer en cellules germinales primordiales.

Certains des organismes dans lesquels les cellules germinales se différencient épigénétiquement (le germoplasme est impliqué) comprennent :

• Salamandres
• Divers autres lézards
• Mammifères (êtres humains, babouins, etc)
• Oiseaux

Certains des organismes dans lesquels les cellules germinales sont produites à la suite d’une induction comprennent :

• Le poisson zèbre
• Drosophile
• C. elegans

Développement

En tant que cellules souches germinales, les cellules germinales primordiales proviennent d’un petit groupe de cellules situées à l’extérieur de l’embryon au début de l’Embryogenèse (plusieurs jours ou quelques semaines selon le type d’organisme).

Chez l’homme, la première population de ces cellules se trouve dans l’endoderme de la paroi dorsale située dans le sac vitellin près de l’allantoïde au cours de la troisième semaine de développement de l’embryon. Cependant, elles migrent vers cette région à partir de l’ectoderme primaire, ce qui montre qu’elles proviennent d’un compartiment extra-embryonnaire dès le début de l’embryogenèse.

Au cours de la quatrième semaine environ du développement embryonnaire, les cellules (cellules germinales primordiales) commencent à migrer de l’ectoderme et dans l’embryon devenant ainsi extra-embryonnaires (situées dans des compartiments du sac vitellin connus sous le nom d’endoderme et de mésoderme). A partir de là, (dans les deux semaines suivantes du développement de l’embryon), les cellules germinales commencent leur migration vers les gonades en proliférant.

La migration est divisée en trois phases principales qui comprennent :

– Phase de séparation – Les cellules germinales primordiales passent de l’épithélium de l’intestin arrière au mésenchyme.

– Deuxième phase de migration – En utilisant le mouvement amiboïde, les cellules germinales primordiales migrent du mésenchyme (cellules mésenchymateuses du mésentère dorsal) vers les crêtes génitales.

– Phase de colonisation – C’est la dernière phase de migration où les cellules arrivent et peuplent les gonades (crêtes génitales).

* Pour que le programme des cellules germinales démarre, l’expression des gènes somatiques est d’abord réprimée.

* On a montré que la prolifération et la migration des cellules germinales primordiales sont influencées par des facteurs tels que le TGFbeta1 chez la souris. Ces facteurs sont libérés par les crêtes génitales et influencent les cellules à migrer vers cette région.

Caractéristiques utilisées dans l’identification des cellules germinales

En plus d’avoir un gros noyau et d’être de grande taille, les cellules germinales ont également un contour irrégulier, une forte densité de cytoplasme et peuvent apparaître de forme ronde ou ovale lorsqu’elles sont observées au microscope.

La forte activité phosphatase alcaline est observée dans le cytoplasme périphérique des cellules.

L’ARN spécifique et les protéines comme le vasa trouvés dans le cytoplasme de ces cellules sont utilisés comme marqueurs moléculaires pour la détection des cellules germinales primordiales.

Certains des autres composants des cellules germinales (ultrastructure) comprennent :

• Matériel de nuage
• Ribosome
• Mitochondries – Forme ronde
• Particules de jaune d’œuf et d’huile dispersées de façon désordonnée dans le cytoplasme
• Cytoplasme germinal/plasma germinal

Fonction : Gamètes : Le développement des cellules germinales en gamètes

Avant que les cellules germinales ne se développent en gamètes, elles subissent d’abord un certain nombre de changements qui les préparent à se développer en gamètes mâles ou femelles chez les mâles et les femelles respectivement.

Sur la base d’études de recherche menées en 2002, il a été révélé qu’en arrivant aux gonades (gonades mâles ou femelles), une déméthylation de l’ADN a lieu, qui supprime les marques de méthylation des gènes imprimés qui sont présents sur les génomes des cellules. Ce faisant, les cellules germinales primordiales sont réinitialisées.

Ceci est particulièrement important car il permet de s’assurer que les nouvelles marques épigénétiques refléteront le sexe de l’embryon en développement. Après la détermination du sexe de l’embryon, les empreintes génétiques sont rétablies de manière appropriée comme étant maternelles ou paternelles. Ce processus implique la participation d’enzymes connues sous le nom d’ADN méthyltransférases qui incluent des groupes méthyles à certains des nucléotides cytosine.

* Chez les femelles, la nouvelle empreinte a lieu après le premier stade de la méiose (post-embryonnaire). En revanche, chez les mâles, elle se produit avant la méiose.

Dans les gonades, le nombre de cellules primordiales augmente par une prolifération mitotique rapide. Cela permet à la population de cellules germinales de passer de quelques milliers à plusieurs millions. Alors que la division des cellules germinales femelles cesse, les cellules germinales mâles continuent à se diviser après la naissance.

En ce qui concerne la production de gamètes, la lignée germinale formée au cours du développement embryonnaire est impliquée dans l’ovogenèse (chez la femelle) et la spermatogenèse (chez le mâle). Chez la femelle, l’ovogenèse commence avec les PGC dans les ovaires formant un groupe de cellules germinales immatures qui sont connues sous le nom d’oogonies.

Ces cellules subissent d’abord un processus de division cellulaire connu sous le nom de mitose jusqu’à ce que l’organisme atteigne sa vie fœtale moyenne, Après 20 semaines de gestation ; certaines des cellules sont détruites par apoptose tandis que le reste (ovocytes primaires) reste dormant avant que l’organisme atteigne la puberté. Chez les mâles, ce processus a lieu dans les testicules pour produire des spermatogonies qui sont de nature diploïde.

* Les cellules germinales, qui sont diploïdes, passent par la mitose pour produire le spermatogonium/oogonium et finalement le spermatocyte/oocyte primaire. Les spermatocytes et les ovocytes primaires, cependant, doivent passer par le cycle de division réductive connu sous le nom de méiose.

Si l’ovocyte primaire et le spermatocyte passent tous deux par deux phases méiotiques, les processus méiotiques des spermatocytes produisent quatre cellules haploïdes (spermatozoïdes) tandis qu’un seul ovule haploïde est produit par les processus méiotiques de l’ovocyte primaire.

* Alors que les cellules diploïdes (par exemple les cellules germinales primordiales) possèdent deux jeux de chromosomes (2n) les cellules diploïdes (par exemple les spermatozoïdes matures), ne possèdent qu’un seul jeu de chromosomes (n).

* Lorsque les gamètes haploïdes (ovule de la femelle et spermatozoïde du mâle) s’unissent, ils produisent un zygote diploïde qui continue à se développer pour former un nouvel individu. Étant donné que le zygote est le produit de l’union des gamètes, ils contiennent un ensemble de chromosomes provenant à la fois du mâle et de la femelle.

Cellules germinales Vs cellules somatiques

Au début du développement de l’embryon, les cellules germinales sont séparées des cellules somatiques. Une fois que cette séparation se produit, elle n’est pas réversible et chaque groupe de cellules poursuit son chemin respectif.

Dans certains organismes, il a été démontré que cette séparation se produit à l’âge adulte. Quoi qu’il en soit, cette séparation est importante non seulement parce qu’elle garantit que l’organisme adulte est fertile et capable de transmettre du matériel génétique à la génération suivante, mais aussi parce qu’elle garantit que les cellules germinales se développent normalement.

Les cellules somatiques et germinales sont donc des types de cellules différents qui se différencient par plusieurs caractéristiques. Par exemple, par rapport aux cellules germinales, les cellules somatiques sont, pour la plupart, des cellules régulières du corps impliquées dans la reproduction asexuée.

En tant que telles, elles sont des types de cellules régulières autres que les cellules reproductrices. Elles sont produites par la mitose qui aboutit à la production de cellules filles identiques qui contiennent deux jeux de chromosomes homologues (2n) et sont donc des cellules diploïdes. Chaque cellule produite par mitose (cellules mitotiques) ressemblera donc à la cellule mère.

* Il a été démontré que quelques espèces contiennent des cellules somatiques haploïdes.

Contrairement aux cellules somatiques qui construisent le corps multicellulaire de l’organisme par division mitotique, les cellules germinales subissent une division cellulaire pour produire des gamètes qui sont haploïdes et impliqués dans la reproduction sexuée.

Contrairement aux cellules somatiques qui constituent la majorité des cellules ; étant donné qu’elles sont disposées en différents types de tissus corporels, les cellules germinales sont moins nombreuses car elles sont principalement impliquées dans la production de gamètes.

* Si ces deux types de cellules présentent plusieurs différences, elles partagent également plusieurs similitudes – elles sont toutes deux diploïdes chez une majorité d’animaux, ce qui signifie qu’elles possèdent deux jeux de chromosomes homologues. D’autre part, elles se différencient toutes deux en des types de cellules spécifiques qui remplissent des rôles précis dans l’organisme.

Les cellules germinales dans le cancer/la tumeur

Dans le cas où les cellules germinales primordiales sont mal dirigées et finissent par se loger dans des régions extragonadiques (communément appelées sites extragonadiques), elles meurent généralement car elles ne peuvent pas remplir leur fonction dans des sites autres que les gonades.

Cependant, dans certains cas, certaines des cellules germinales survivent et se développent en tumeurs. Des défauts tels que des malformations du système nerveux et des voies génito-urinaires, etc. peuvent augmenter le risque de tumeurs le long de la voie médiane (le chemin que les cellules germinales suivent avant d’arriver aux gonades).

Bien que les tumeurs des cellules germinales soient rares (constituant entre 2 et 4 % de tous les cancers chez les enfants et les adolescents), plusieurs types de tumeurs des cellules germinales ont été identifiés.

Ce sont notamment :

Tumeurs germinales gonadiques

Ce sont les types de tumeurs qui se développent dans l’organe reproducteur (gonade) de l’enfant, comme :

Tumeurs germinales ovariennes – Pour la plupart, il a été démontré que les tumeurs germinales ovariennes se développent dans un ovaire chez les filles âgées de 10 à 14 ans. Dans le cas où elles sont cancéreuses, ces tumeurs des cellules germinales ovariennes sont appelées dysgerminomes.

Bien que ces tumeurs se développent dans l’ovaire, elles sont également capables de se propager à d’autres parties du corps (tumeurs malignes). Dans la plupart des cas, cependant, ces tumeurs ne sont pas cancéreuses et se développent en kystes connus sous le nom de tératomes.

Tumeurs germinales testiculaires – Il a été démontré qu’une majorité des cancers testiculaires commencent dans les cellules germinales. Ces cancers sont fréquents chez les adolescents et les jeunes hommes.

Le cancer du testicule est divisé en deux catégories principales qui comprennent :

Séminome

Les tumeurs qui sont à 100 % des séminomes sont différentes de la catégorie suivante de cancers du testicule. Bien qu’il affecte principalement les testicules, dans quelques cas, on le retrouve dans certaines autres localisations extra-gonadiques, y compris le médiastin. Par rapport à certains des autres cancers du testicule, le séminome est très curable avec le taux de survie le plus élevé.

Non séminome

Le non séminome se divise en plusieurs types de cancer dont :

– Tumeur du sac vitellin – Également connues sous le nom de tumeurs du sinus endodermique, les tumeurs du sac vitellin affectent généralement les testicules et les ovaires et ont tendance à se propager rapidement à d’autres parties du corps (par exemple les ganglions lymphatiques).

– Tératome – Ce type de tumeur se produit lorsque les cellules primordiales sont mal orientées. Leur développement aboutit à la formation d’excroissances qui contiennent des tissus différenciés tels que les cheveux, la peau et le cartilage parmi. Ces types de tumeurs se trouvent surtout dans des sites tels que la région buccale et sacro-coccygienne.

– Carcinome embryonnaire – Ce type de cancer se produit lorsque les cellules cancéreuses de la tumeur se mélangent avec d’autres types de tumeurs germinales, ce qui les rend cancéreuses. Il est caractérisé par la présence de cellules épithéliales primitives avec un pléomorphisme marqué.

– Choriocarcinome – Ce type de cancer est fréquent dans l’utérus et affecte les cellules qui forment le placenta.

Tumeurs germinales extracrâniennes extragonadales

Les tumeurs germinales qui ne se produisent pas spécifiquement dans les gonades sont appelées tumeurs germinales extracrâniennes extragonadales. En tant que telles, elles prennent naissance dans les spermatozoïdes et les ovules et se propagent à d’autres parties du corps, loin des gonades.

Elles n’atteignent pas le cerveau. Elles sont donc fréquentes le long de la ligne médiane qui va de la glande pinéale au coccyx. Le médiastin, partie centrale du thorax, est le siège le plus fréquent de ces tumeurs dans la petite enfance.

Certains des traitements utilisés pour traiter les tumeurs/cancers des cellules germinales comprennent :

• La chirurgie pour enlever les cellules/tissus cancéreux

• La chimiothérapie – L’utilisation de médicaments pour tuer les cellules cancéreuses et les empêcher de se propager dans les autres parties du corps

• La radiothérapie – L’utilisation de rayons X pour traiter les cancers. Il s’agit de l’utilisation de rayons X pour tuer les cellules cancéreuses

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Quelles sont les différences entre la méiose et la mitose ?

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