Évolution du développement et des génomes - Denis Duboule Collège de France

Denis Duboule
Collège de France
Évolution du développement et des génomes
Année 2023-2024

04 - La fabrique des « embryons » : Les pseudo-embryons « intégrés » de type SEM. Fabrication et potentiel futur

Résumé

Pseudo-embryons intégrés ; définition, caractérisation et comparaison souris/humains. Potentiel expérimental et quelques questions éthiques et sociales.

Cette quatrième leçon traite de la forme la plus aboutie parmi les différents pseudo-embryons humains traités dans ce cours 2024, les embryoïdes intégrés de type SEM (modèles d'embryons dérivés de cellules souches). Après quelques définitions, des expériences conduisant aux conditions de production de ces embryoïdes sont décrites. Ensuite, l'analyse de ces pseudo-embryons intégrés est discutée, impliquant à la fois des marquages cellulaires à l'aide d'anticorps spécifiques, des analyses d'ARN en cellules uniques et des approches telles que l'ATAC-seq. Quelques conclusions générales sont données, la principale étant que ces objets biologiques portent beaucoup de ressemblance avec des embryons humains réels, comme le montre également la présence de types cellulaires très spécialisés. Cependant, ces embryoïdes ne regroupent pas l'ensemble des caractéristiques nécessaires pour les faire considérer comme de vrais embryons humains. Néanmoins, ces embryoïdes intégrés de type SEM seront probablement de vrais atouts dans notre compréhension de certains mécanismes du développement des humains, qui restent jusqu'à présent inaccessibles pour des raisons de logistique et d'éthique.

La leçon (et le cours) se termine par une discussion rapide de quelques éléments touchant aux cadres éthique et légal associés à ces nouvelles technologies et à leurs utilisations potentielles dans le futur.

Denis Duboule
Collège de France
Évolution du développement et des génomes
Année 2023-2024

03 - La fabrique des « embryons » : Les gastruloïdes humains ; un ersatz d'embryon incomplet mais pratique

Résumé

Les gastruloïdes ; définition, production, caractérisation et comparaisons souris/humains. Des gastruloïdes comme objets d'étude et comme tubes à essai.

Cette troisième leçon commence par un bref historique de la production de gastruloïdes et de leur caractérisation initiale. Puis, l'adaptation du « protocole souris » à la production de gastruloïdes humains est discutée, ainsi que la caractérisation de ces gastruloïdes humains par une approche tomographique d'analyse des ARNs (Tomo-seq). Cette même approche permet de comparer les gastruloïdes humains et murins, au niveau de la coordination de l'expression globale des ARNs et, bien que l'aspect général soit bien conservé entre ces deux espèces, des différences notables sont toutefois observées.

La leçon se poursuit par la discussion de deux travaux récents. Le premier illustre comment évaluer de façon assez objective les différentes fonctions de la protéine BMP4 sur les voies de différenciation cellulaires pendant le développement des gastruloïdes. Le second montre comment de tels pseudo-embryons peuvent être utilisés comme tubes à essai pour analyser une question importante touchant à la régulation génétique de l'expression de gènes essentiels pendant le développement embryonnaire, un problème souvent difficile à résoudre en utilisant de vrais embryons.

Denis Duboule
Collège de France
Évolution du développement et des génomes
Année 2023-2024

02 - La fabrique des « embryons » : La culture d'embryons ex-utero et la fabrication de blastoïdes humains

Résumé

Quelques notions d'embryologie comparée, cellules ES et cellules iPS comme matériel de base pour fabriquer des pseudo-embryons. Culture d'embryons à long terme ex-utero ; production de blastoïdes humains, efficacité, tests d'implantation in vitro, comparaison avec la souris.

Cette deuxième leçon commence par la description de quelques différences entre le développement précoce des embryons de souris et d'humains, puis par un rappel de la fonction globale de la gastrulation dans l'organisation spatiale des feuillets embryonnaires. Ensuite, un nouveau protocole est décrit qui permet de faire pousser en culture des embryons murins pré-gastrulation jusqu'à un stade fœtal avancé permettant ainsi un suivi in vitro de la morphogenèse, une approche encore impossible il y a quelques années.

La leçon se poursuit par un rappel de l'origine et des potentialités des cellules souches embryonnaires ESCs et des cellules reprogrammées iPSCs, qui sont à la base de la production de pseudo-embryons. Puis, le premier type de pseudo-embryons, les blastoïdes, est décrit et les protocoles utilisés soit chez les rongeurs, soit chez les humains sont comparés. Les cellules souches humaines sont capables par elles-mêmes de s'autoorganiser et de produire de tels modèles de blastocystes avec une fréquence élevée. En utilisant un système d'implantation in vitro basé sur des organoïdes d'endomètre utérin, il apparaît même que ces blastoïdes humains peuvent s'implanter dans une muqueuse utérine après une stimulation hormonale.

Denis Duboule
Collège de France
Évolution du développement et des génomes
Année 2023-2024

01 - La fabrique des « embryons » : L'embryon humain est-il un embryon mammifère ?

Résumé

Après une introduction générale au contenu du cours et à ses objectifs, quelques bases du développement des embryons humains seront discutées afin de faire ressortir les similitudes et les différences avec d'autres systèmes modèles mammifères. Pourquoi étudier l'embryon humain alors que nous avons accès à des modèles animaux qui en principe sont proches de nous d'un point de vue évolutif ; l'embryon humain ne serait-il pas un embryon mammifère ? Et pourquoi dépenser autant de financements, de compétences et d'énergie pour faire pousser des embryoïdes en culture ? La source biologique de ces ersatz d'embryons, à savoir les cellules embryonnaires souches, sera également discutée à la fois comme point de départ de l'embryon synthétique, mais également d'un point de vue comparatif entre espèces.

Denis Duboule
Collège de France
Évolution du développement et des génomes
Année 2022-2023

Colloque - Les temps du développement embryonnaire / The Times of Embryonic Development : Metabolic Control of Developmental Timing

Colloque co-organisé par le Pr Denis Duboule et Olivier Pourquié (Boston).

Intervenant(s)

Olivier Pourquié, Harvard University, Boston

Denis Duboule
Collège de France
Évolution du développement et des génomes
Année 2022-2023

Colloque - Les temps du développement embryonnaire / The Times of Embryonic Development : Timing Mechanism Linking Development and Evolution of the Human Brain

Colloque co-organisé par le Pr Denis Duboule et Olivier Pourquié (Boston).

Intervenant(s)

Pierre Vanderhaeghen, VIB, KU Leuven, Belgium