/ . Embryo!, exp. Morph. Vol. 42, pp. 177-194, 1977
Printed in Great Britain © Company of Biologists Limited 1977
177
Etablissement de Faxe dorso-ventral dans le pied
de Fembryon de poulet
Par MAR1E-PAULE PAUTOU 1
Laboratoire de Zoologie et Biologie animate, Equipe de recherches associee
au CNRS no. 621: 'Morphologie experimentale\ Universite scientifique
et medicate de Grenoble, France
SUMMARY
Establishment of the dorso-ventral axis in the foot of the chick embryo
The experiments were performed on 3-5-day and 5-5-day chick embryo leg-buds. Homoand heterochronic heteropolar ecto-mesodermal recombinants were prepared in which the
dorso-ventral (d-v) axis of the ectoderm was rotated by 180° with respect to that of the
mesoderm. The mesodermal component of the associations consisted either of the intact
mesodermal core or of a reaggregate of dissociated mesodermal cells. Recombinants were
grafted onto a host wing stump and grown to day 16-20 of incubation.
The resulting feet display a d-v polarity in their integument and skeleton. This polarity
conforms to that of the mesoderm in the proximal part of the foot (roughly basipod and
metapod) and to that of the ectoderm in its distal part (roughly acropod) in the case of
recombinants containing 3-5-day mesoderm. With 5-5-day undisrupted mesoderm, the
polarity conforms entirely to that of the mesoderm.
In the recombinants containing 3-5-day or 5-5-day disrupted reaggregated mesoderm, the
d-v polarity of the resulting feet, on the whole, conforms to that of the ectoderm. However,
a high frequency of unpolarized integumentary and skeletal abnormalities occurs with 5-5-day
disrupted mesoderm.
It is concluded that the ectoderm is polarized along its d-v axis. It exerts a d-v polarizing
activity on the mesoderm during the 48 h period necessary for the segregation of the
presumptive territories of the autopod. The ectodermal polarizing effect is expressed in the
morphology of the integument and skeleton. At the end of the 48 h period, the d-v axis of the
mesoderm is irreversibly laid down.
INTRODUCTION
L'ebauche du membre des Oiseaux est un champ morphogene comportant
trois axes de polarite: l'axe proximo-distal (p-d), antero-posterieur (a-p) et
dorso-ventral (d-v). Deux composants tissulaires, l'ectoderme et le mesoderme,
participent a la morphogenese de cet organe. Notre etude, dont les resultats font
l'objet de ce memoire, a ete centree sur le probleme de la determination de l'axe
dorso-ventral.
Des experiences ont ete realisees a differents stades de developpement du
membre, soit avant (Hamburger, 1938; Chaube, 1959; Reuss & Saunders,
1
Adresse de Vauteur: Laboratoire de Zoologie et Biologie animale. Universite scientifique
et medicale de Grenoble, BP 53 38041, Grenoble, Cedex, France.
178
MARIE-PAULE PAUTOU
1965; Saunders & Reuss, 1974) soit apres l'emergence du bourgeon. C'est a
cette deuxieme periode que se rapportent les experiences de ce memoire.
Lorsque j'ai entrepris cette etude les donnees concernant l'etablissement de
l'axe dorso-ventral du bourgeon de membre etaient encore fragmentaires. Les
experiences de Zwilling (1956), qui consistaient a inverser l'axe dorso-ventral de
l'ectoderme de 3 jours d'incubation par rapport au mesoderme de meme stade,
avaient montre que le mesoderme jouait un role predominant dans la mise en
place de cet axe. Neanmoins ce meme auteur (Zwilling, 1964) avait detecte une
action polarisante de l'ectoderme dans des associations ou le mesoderme avait
ete fragmente. Mes propres experiences (Pautou, 1973), realisees sur le bourgeon
de patte du poulet et celles de MacCabe, Saunders & Pickett (1973), realisees
sur les bourgeons d'aile et de patte, ont confirme cette action polarisante de
l'ectoderme. Dans ces associations le mesoderme avait ete prealablement
dissocie en une suspension cellulaire puis reagrege. Dans le cas des experiences
realisees sur le bourgeon de patte, les resultats se fondent essentiellement sur
l'observation du tegument autopodial. Des phaneres, nettement dissemblables,
se developpent en effet sur la face dorsale et ventrale de la patte du poulet. Ces
caracteres morphologiques ont ete utilises comme 'marqueurs' pour reconnaitre
le caractere dorsal ou ventral d'un tegument autopodial forme experimentalement. En utilisant cette technique et en etendant mes analyses a celles de la
conformation du squelette des autopodes, je me suis propose de repondre a trois
questions fondamentales. (1) Quel est le role de chacun des deux tissus dans la
mise en place de l'axe dorso-ventral ? (2) A quel stade cet axe est-il fixe de facon
irreversible dans l'un et l'autre tissu ? (3) Existe-t-il des interactions morphogenes
entre les deux tissus? Si oui, l'un des deux et lequel joue-t-il le role d'un
inducteur? Pour repondre a ces diverses questions, j'ai realise deux series
d'experiences. Un ectoderme de bourgeon de patte jeune (3,5 jours) ou age
(5,5 jours) a ete associe d'une part a du mesoderme de bourgeon de patte de
3,5 jours ou de 5,5 jours d'incubation. Dans la premiere serie, la pulpe
mesodermique est utilisee entiere telle qu'on l'obtient apres sa separation de
l'ectoderme. Dans la deuxieme serie, le mesoderme a ete prealablement dissocie
en une suspension cellulaire et reagrege. Les resultats concernant une partie de
ce memoire ont fait l'objet d'une note preliminaire (Pautou & Kieny, 1973)
et ont ete confirmes depuis, par les travaux de MacCabe, Errick & Saunders
(1974) et ceux de Errick & Saunders (1974).
MATERIEL ET METHODES
Les experiences ont ete realisees sur des bourgeons de pattes d'embryons de
poulet de race Leghorn blanche ou d'une race issue d'un croisement Wyandotte
et Rhode Island Red.
-Dans le premier type d'experiences, des pulpes mesodermiques entieres
droites ou gauches de 3,5 jours ou de 5,5 jours sont associees a une enveloppe
Vaxe dorso-ventral dans le pied chez poulet
179
ectodermique droite ou gauche de 3,5 jours ou de 5,5 jours. L'ectoderme subit
une rotation de 180° par rapport au mesoderme, de sorte que seul l'axe d-v se
trouve inverse. Le bourgeon de patte reconstitue est greffe sur un moignon alaire
droit d'un embryon de 3,5 jours sectionne au niveau de l'articulation stylozeugopodiale de sorte que l'axe d-v du mesoderme de ce bourgeon de patte
corresponde a l'axe d-v du moignon alaire.
-Dans le deuxieme type d'experiences, la pulpe mesodermique provient d'un
agregat de cellules mesodermiques de bourgeons de pattes de 3,5 jours ou de
5,5 jours d'incubation. Ce mesoderme, recouvert d'une enveloppe ectodermique
de 3,5 ou de 5,5 jours est greffe sur un moignon alaire droit d'un embryon de
3,5 jours de telle sorte que tous les axes de l'ectoderme concordent avec ceux du
moignon porte-greffe ou bien que seul son axe d-v soit inverse par rapport au
moignon alaire porte-greffe (ectoderme gauche).
(1) Preparation du mesoderme
(a) Pulpes mesodermiques entieres
Des bourgeons de patte de 3,5 jours (stade 19 a 21 de H.H) ou de 5,5 jours
(stade 28 de H.H.: territoire presomptif de l'autopode seulement) sont soumis
a l'action de la trypsine-pangestine (solution [de trypsine lyophilisee (Choay)
a 0,5 % et de pangestine (Difco) a 1 %, dans du liquide de Earle sans calcium ni
magnesium) pendant 45 a 60 min a 4 °C. Apres ce traitement, l'ectoderme est
detache et rejete tandis que le mesoderme est place dans un bain d'attente
compose de liquide de Tyrode et d'ovalbumine (1:1).
(b) Reagregat mesodermique
Des bourgeons de patte de stade 20-21 de H.H. subissent un traitement a la
trypsine-pangestine comparable a celui mentionne ci-dessus. Dans le cas de
bourgeons de pattes plus ages (5,5 jours: stade 28 de H.H.), le bain de trypsinepangestine est plus concentre (solution de trypsine a 2 % et de pangestine
a 1 %). Apres rejet de l'ectoderme, les pulpes mesodermiques subissent un
second traitement enzymatique (trypsine 0,5 %: pangestine 1 % a 4 °C, pendant
30 min dans le cas de pulpes de 3,5 jours d'incubation, durant 50 min dans le cas
de pulpes de 5,5 jours d'incubation) necessaire a l'obtention de la suspension
cellulaire. Comme dans des experiences precedentes (Pautou, 1973) la qua lite
de la suspension cellulaire (degre de dispersion des cellules) a ete analysee par
une methode autoradiographique de reagregats constitues pour moitie de
cellules mesodermiques de bourgeons de pattes de 3,5 jours d'incubation
marquees a la thymidine tritiee et pour moitie de cellules de bourgeons de patte
de 3,5 jours d'incubation non marquees: la majorite des cellules sont separees
les unes des autres et seuls quelques rares ilots de 3 cellules au maximum ont
ete observes. La reagregation de ces cellules mesodermiques est obtenue apres
une centrifugation a 17000 g, pendant 25 min a 4 °C. Les fragments de
mesoderme reagreges sont decoupes dans le culot de centrifugation.
180
MARIE-PAULE PAUTOU
(2) Preparation de Vectoderme
Des bourgeons de patte de 3,5 jours (stade 19 a 21 de H.H.) ou de 5,5 jours
(stade 28 de H.H.: territoire presomptif de l'autopode seulement) sont places
pendant 60 min (a 4 °C) dans un bain de trypsine-pangestine (trypsine 0,5 %:
pangestine 1 %). L'ectoderme detache de son mesoderme est rapidement
reassocie au mesoderme (pulpe entiere ou issue d'un reagregat).
-Les embryons porte-greffe sont sacrifies 12,5 a 16,5 jours apres l'operation.
Les pattes experimentales obtenues sont fixees, dessinees et photographiees sur
leurs deux faces. Les pattes sont ensuite colorees et eclaircies selon la technique
de Lundvall. Le squelette autopodial ainsi mis en evidence est dessine et
photogaphie en vue laterale.
A la face dorsale du bourgeon de patte correspond ulterieurement, dans son
developpement normal, la face superieure de l'autopode, dont le tegument porte
de grandes ecailles (ou scuta: selon la terminologie de Lucas & Stettenheim,
1972). A la face ventrale du bourgeon de patte correspond la face inferieure de
l'autopode dont le tegument est occupe en majorite par des tubercules (reticula),
mais porte egalement, au niveau proximal des metatarses, des ecailles de petite
taille (scutella). Les faces dorsale et ventrale de la griffe sont caracterisees par
leur courbure respectivement convexe et concave. Ces differentiations tegumentaires permettent de reconnaitre le caractere dorsal ou ventral des faces
superieures et inferieures des acropodes. Celles-ci doivent etres definies
independamment de la morphologie tegumentaire et squelettique. On convient
ainsi de designer comme face superieure celle qui est dans le prolongement de
la face superieure (anterieure) du basipode et du metapode (et de la jambe). De
meme, celle qui est dans le prolongement de la face inferieure (posterieure)
du basi-metapode (et de la jambe) est designe comme etant la face inferieure de
l'acropode. Pour definir la polarite d-v du squelette autopodial, on se fonde sur
deux asymetries morphologiques: la courbure (concavite ventrale) de la
metaphyse et la configuration des epiphyses qui presentent deux excroissances
dejetees du cote dorsal.
Les membres obtenus dans ces series experimentales peuvent correspondre
a un developpement d'un zeugopode et d'un autopode. Dans ce cas la limite
entre l'ectoderme de patte du greffon et l'ectoderme d'aile du moignon se place
generalement dans la zone emplumee du zeugopode. Lorsque le membre forme
correspond seulement a un autopode, cette limite peut se situer au niveau
proximal des metatarsiens. Elle est visualisee grace au caractere plumaire qui
est impose au derme scutellaire par un ectoderme d'aile. En effet, Sengel &
Pautou (1969) ont montre qu'un ectoderme de bourgeon de patte associe
a un mesoderme de bourgeon de patte produit toujours un tegument autopodial
compose de grandes ecailles et de tubercules mais qu'un ectoderme d'aile
associe a un mesoderme de bourgeon de patte developpe, a ce niveau, soit des
ecailles, toujours surmontees d'un filament plumaire, soit le plus frequemment
Uaxe dorso-ventral dans le pied chez poulet
Face superieure de l'orteil
Type de tegument
acropodial
A h °""a ° Q"°1'0 ° °"°" ° ° ^ ,1,
c
_te^
181
Face inferieure de l'orteii
agede l'ectoderme Age de l'ectoderme
3,5 jours 5,5 jours 3,5 jours 5,5 jours
H/28
(39 %)
3/39
(8%)
18/28
(64%)
20/39
(52 %)
9/28
(32 %)
13/39
(33%)
8/28
(29%)
15/39
(38 %)
8/28
(29%)
23/39
(59%)
2/28
(7%)
4/39
(10%)
Type de tegument
acropodial
Representation schematiquc d'un orteil:
Aspect du tegument:
Face superieure
VY:-VY| Ventral
1 Ectoderme ventral
lesoderme: Dorsal'
p
[ Ventral,
? _Plan median |
| Dorsal
-'Ectoderme dorsal Griffe
Face inferieure
Fig. 1. Aspect morphologique du tegument sur la face superieure et inferieure
d'orteils issus d'associations d'ectoderme et d'une pulpe mesodermique de 3,5 jours
d'incubation: frequence des divers types de surface tegumentaires observes en
fonction de l'age de l'ectoderme.
des germes plumaires mais jamais des ecailles typiques. Cettezoneheterotypique,
resultant d'une telle association (ectoderme alaire et mesoderme de patte)
n'a jamais ete considered dans ce bilan.
RESULTATS
Us sont presentes dans deux chapitres distincts dans lesquels seront analyses
les effets polarisants de Pectoderme sur des mesodermes entiers, d'une part, et
sur des mesodermes dissocies et reagreges, d'autre part.
(A) Action de Vectoderme {de 3,5 jours et de 5,5 jours d'incubation) sur Ve'tablissement de Vaxe dorso-ventral du membre: cas des mesodermes entiers
(1) Effet polarisant de Vectoderme sur le mesoderme de 3,5 jours
Les membres fixes (25 cas) entre 15 et 19,5 jours d'incubation dans ces series
d'associations ont une sequence proximo-distale correspondant a un developpement d'un zeugopode et d'un autopode (13 cas) ou d'un autopode seulement
(12 cas). Ces pattes sont generalement nanties (24 cas) de plusieurs orteils et
montrent une sequence antero-posterieure normale de leurs orteils. Dans sept
cas ces autopodes sont complets et comportent quartre orteils.
(a) Analyse du tegument
Le fait d'inverser l'axe d-v de l'ectoderme par rapport a celui du mesoderme
entraine une disposition anormale des phaneres autopodiaux. Dans une partie
proximale de ces autopodes, la polarite d-v du tegument est conforme au
182
MARIE-PAULE PAUTOU
mesoderme. Dans une portion distale (partie ou totalite de l'acropode) elle est
conforme a celle de l'ectoderme (Fig. 2 a, b, c, d). L'inversion du tegument
occupe une longueur variable sur l'acropode: dans le cas ou elle est minimale,
seule la griffe a pris, par sa courbure, une orientation conforme a celle de
l'ectoderme; dans le cas contraire, tout le tegument autopodial est inverse.
Les 67 orteils qui se sont differencies dans ces deux series dissociations sont
tous nantis d'une griffe dont l'orientation est conforme a celle de l'ectoderme.
Onze orteils (16 %) presentent une surface tegumentaire acropodiale conforme
a l'orientation d-v de l'ectoderme. Trois orteils (5 %) ont tout le tegument
(griffe non comprise) conforme a la polarite d-v du mesoderme. La grande
majorite, 53 orteils (79 %), presente un tegument qui est pour partie conforme
a l'axe dorso-ventral de l'ectoderme et pour partie conforme a celui du mesoderme. De plus, dans certaines zones, la polarite ne s'exprime pas de facon
coherente: le tegument est du type dorsal (bidorsalite) ou ventral (biventralite)
sur les deux faces, superieure et inferieure, de l'orteil. Dix-huit orteils presentent
ainsi un caractere bidorsal (3 ont ete obtenus avec un ectoderme de 3,5 jours et
15 avec un ectoderme de 5,5 jours). Le caractere bidorsal du tegument
epargne toujours la griffe. Parmi ces 18 orteils a tegument totalement bidorsal,
5 sont des orteils I, 8 des orteils II, 4 des orteils III et 1 orteil IV. La bidorsalite
s'observe done plus frequemment sur les orteils I et II (respectivement 5 cas
sur 11:45 % et 8 cas sur 22:36 %) que sur les orteils III et IV (respectivement
4 cas sur 25:16% et 1 cas sur 9:11 %). La biventralite est rare (1 orteil de
type I, obtenu avec un ectoderme de 5,5 jours). Elle se manifeste par la
differentiation des tubercules sur les deux faces de l'orteil. La face inferieure
(cote dorsal de l'ectoderme) ne presente jamais de pelotes plantaires; mais la
FIGURE 2
Associations heteropolaires de mesoderme de bourgeons de pattes de 3,5 jours
(a a / ) ou de 5,5 jours (g, h) et d'ectoderme de 5,5 jours (a a / ) ou de 3,5 jours (g, h)
d'incubation. Pieds de 15,5 a 17,5 jours d'incubation vus par la face correspondant
a la face dorsale de l'ectoderme et ventrale du mesoderme (a, c, e et g) et par la face
opposee (b, d, f, h).
(a, b) Sur la face dorsale de l'ectoderme, la polarite dorso-ventrale du tegument
s'inverse brusquement au niveau de la phalange proximale des quatre orteils pour
etre conforme a celle de l'ectoderme. Sur la face ventrale de l'ectoderme, par contre,
la ligne de demarcation se place a differents niveaux proximo-distaux (fleches) mais
le caractere du tegument distal est toujours conforme a la polarite de l'ectoderme.
Les orteils I, II et III presentent ainsi une zone a caractere bidorsal.
(c, d) Limites (fleches) de la zone a caractere bidorsal pour chacun des orteils.
(e, f) Pieds recouverts sur les deux faces de grandes ecailles, d'ou une bidorsalite
totale, a l'exception de la griffe dont la polarite de la courbure est conforme a la
polarite d-v de l'ectoderme.
(g, h) Sur la face dorsale de l'ectoderme (face ventrale du mesoderme (g)), les orteils
syndactyles presentent des tubercules. Sur la face ventrale de l'ectoderme (face dorsale
du mesoderme (/?)), ils portent de grandes ecailles. L'ectoderme de 3,5 jours n'etait
pas capable d'imposer sa polarite dorso-ventrale au mesoderme de 5,5 jours.
Uaxe dorso-ventral dans le pied chez poulet
183
184
MARIE-PAULE PAUTOU
face superieure (cote ventral de l'ectoderme) montre dans certains cas (17 cas/67)
un renflement distal en de<?a de la griffe qui n'est pas cependant delimite par un
sillon proximal. En definitive, la morphologie tegumentaire de chacune des
faces superieure et inferieure des orteils experimentaux permet de classer
celles-ci selon trois types (Fig. 1).
Type A. Une face superieure d'un orteil est dite de type A lorsque la totalite
de son tegument, y compris celui de la griffe, est d'aspect ventral. De meme, une
face inferieure d'un orteil est dite de type A lorsque la totalite de son tegument,
y compris celui de la griffe, est d'aspect dorsal.
Type B. Une face superieure est de type B lorsqu'elle est revetue d'un tegument
ventral sur une longueur s'etendant en de?a de la base de la griffe. De meme, une
face inferieure est dite de type B lorsqu'elle est revetue d'un tegument dorsal sur
une longueur s'etendant en dec.a de la base de la griffe.
Type C. Une face superieure est dite de type C lorsque seul le tegument de la
griffe est de caractere ventral (concavite hyponychiale). De meme, une face
inferieure est dite de type C lorsque seul le tegument de la griffe est de caractere
dorsal (convexite onychiale).
En resume, les types A, B et C se distinguent par le niveau de l'axe proximodistal de l'autopode au-dela duquel la nature dorsale ou ventrale du tegument
s'inverse. En deca de ce niveau, le caractere tegumentaire est conforme au
mesoderme; au-dela il est conforme a l'ectoderme. Dans le type A, ce niveau
coincide avec l'articulation meta-acropodiale; dans le type C, il coincide avec
la base de la griffe; dans le type B enfin, il occupe une position intermediate
entre ces deux extremes. La bidorsalite se rencontre done chaque fois que le
niveau d'inversion de la nature dorsale ou ventrale du tegument est situe plus
distalement sur la face superieure que sur la face inferieure. Inversement, la
biventralite se rencontre lorsque le niveau d'in version est plus proximal sur la
face superieure que sur la face inferieure.
La classification des orteils selon ces trois types (Fig. 1) montre que des
surfaces de type A apparaissent avec une plus grande frequence sur la face
inferieure (ectoderme dorsal) des orteils que sur la face superieure (ectoderme
ventral) et cela quel que soit l'age de l'ectoderme. Ce phenomene est cependant
plus net lorsque l'ectoderme est plus age: 64 % contre 39 % de surface de type A
pour un ectoderme de 3,5 jours et 52 % contre 8 % pour un ectoderme de
5,5 jours. Tous les orteils peuvent presenter sur leur face inferieure (ectoderme
dorsal) des surfaces de type A mais ce sont les rayons autopodiaux I et II qui
montrent, le plus frequemment, cette organisation tegumentaire. Sur la face
superieure des orteils (ectoderme ventral), des surfaces de type A sont encore
recensees en proportion notable lorsque l'ectoderme est jeune (39 %) mais
lorsque l'ectoderme est age, ces surfaces n'apparaissent que tres rarement
(8%).
Des surfaces de type C se developpent rarement (7 % des cas avec un ectoderme
de 3,5 jours, 10 % avec un ectoderme de 5,5 jours) sur la face inferieure (ecto-
Vaxe dorso-ventral dans le pied chez poulet
185
derme dorsal) des orteils, mais le nombre de ces surfaces augmente tres
sensiblement sur leur face superieure (ectoderme ventral) (29 % avec un
ectoderme de 3,5 jours et 59% avec un ectoderme de 5,5 jours). Toutes ces
observations font ressortir que l'activite polarisante de l'ectoderme ventral est
moins grande que celle de l'ectoderme dorsal. La presence de grandes ecailles
{scuta) sur toute la longueur du tegument de la face superieure de l'orteil
(ectoderme ventral) est due a une action polarisante du mesoderme dorsal sousjacent. Sur un meme orteil la formation d'un tegument bidorsal est done la
consequence de deux effets: sur l'une des faces, l'ectoderme dorsal predomine
sur le mesoderme ventral; sur l'autre face, e'est le mesoderme dorsal qui a le
dessus sur l'ectoderme ventral (Fig. 2e,f).
(b) Analyse du squelette
L'inversion d-v de la disposition des phaneres est accompagnee d'une
inversion d-v du squelette. Les pieces squelettiques proximales autopodiales
montrent une morphologie diaphyso-epiphysaire en accord avec la polarite du
mesoderme, mais les pieces squelettiques distales (les phalanges, griffe comprise)
peuvent avoir une polarite d-v inversee qui se conforme a la polarite de l'ectoderme. II existe une correspondance etroite entre l'inversion tegumentaire et
l'inversion du squelette acropodial sous-jacent (Fig. 3 a, b). Ainsi lorsque
l'influence de l'ectoderme est minimale, seul l'os de la phalange porteuse de la
griffe est inverse dans sa polarite d-v par rapport au reste des pieces phalangiques.
Dans le cas contraire, toutes ou partie des pieces phalangiques d'un orteil se
conforment a la polarite de l'ectoderme. Onze orteils sont a classer dans cette
categorie (deux sont des orteils I, six des orteils II, un orteil III, deux orteils IV).
Le plus souvent (53 orteils), l'inversion de la polarite des os phalangiques se
produit dans la partie mediane du rayon acropodial. Neanmoins, lorsque le
tegument d'un orteil est de nature bidorsale ou biventrale, le squelette sousjacent prend un aspect particulier. Dans cette zone, la morphologie asymetrique
d-v est estompee; l'os phalangique a une forme tubulaire (Fig. 3 c).
Les inversions d-v du tegument et du squelette ne sont pas accompagnees
d'une inversion correspondante de la courbure generale de ces rayons. Cette
observation pose le probleme de la mise en place et de l'orientation d-v des
tendons dans le pied. Dans le developpement normal, la disposition asymetrique
d-v des tendons et des attaches tendineuses (grand nombre de muscles flexeurs sur
la face inferieure de l'autopode (Farkas, Thomson & Martin, 1974)) produit une
courbure generale des rayons qui est convexe sur la face anterieure (superieure)
et concave sur la face posterieure (inferieure). En ce qui concerne les autopodes
experimentaux, dans pres de la moitie des cas (11 pattes sur 25:44%) cette
courbure caracteristique a disparu. Les pieds sont plats (Fig. 2 a, b). Dans huit
cas (32 %) la courbure generale des orteils des palettes correspond a la polarite
dorsale et ventrale de l'ectoderme. Pour six pattes (24%), cette courbure
generale des rayons acropodiaux est inverse par rapport a la polarite dorsale et
186
MARIE-PAULE PAUTOU
superieure):
E. dorsal \ ^ , \ \ \
(lace inferieure)
<«> f
1 mm
Fig. 3. Illustration de la morphologie du tegument et du squelette d'apres des
dessins (de profil) a la chambre claire d'orteils pris sur six pieds experimentaux
differents. A droite, la face ventrale de l'ectoderme; a gauche, la face dorsale de
l'ectoderme. La morphologie dorsale du tegument est caracterisee par les grandes
ecailles {G.E), la morphologie ventrale par les tubercules (T.). Le caractere ventral
de la piece squelettique est defini par la proeminence des excroissances epiphysaires
(Ex.). (a, b, c.) Association heteropolaire de mesoderme entier de 3,5 jours et
d'ectoderme de 3,5 (b, c) ou de 5,5 (a) jours. Le trait interrompu indique sur les
deux faces le niveau d'inversion de la polarite d-v du tegument. En a et b, 1'inversion
de l'asymetrie du squelette et celle de la polarite d-v des teguments coincident.
En c, une zone a caractere tegumentaire biventral separe les niveaux d'inversion
de la face superieure (a droite) et inferieure (a gauche) de l'orteil. Elle contient
deux phalanges tubulaires non polarisees (en pointille). (d, e, f) Association d'un
reagregat mesodermique de 3,5 jours et d'un ectoderme de 3,5 (d) ou de 5,5 jours
(e,f). En d et e, 1 orteil est recouvert d'un tegument non polarise dorsoventralement (biventral en d; bidorsal en e) mais contient des phalanges polarisees
conformement a l'axe d-vde l'ectoderme. En/, l'orteil est recouvert d'un tegument
asymetrique, et les pieces squelettiques sont soit polarisees (comme l'ectoderme) soit
non polarisees (phalanges tubulaires, en pointille).
Vaxe dorso-ventral dans le pied chez poulet
187
ventrale de Pectoderme. De ce fait, ces orteils sont concaves du cote de l'ectoderme dorsal et bombes sur la face correspondant a l'ectoderme ventral.
(2) Effet polarisant de l'ectoderme sur des mesodermes de 5,5 jours
(a) Analyse du tegument
Les greffons (17) issus de ces associations (entre 16 et 19 jours d'incubation)
n'ont fourni que des differentiations acropodiales (23 rayons en tout), le plus
souvent hypomorphes, dont le tegument est totalement conforme a la qualite
d-v du mesoderme (Fig. 2g, h). Le tegument est d'aspect dorsal sur la face
superieure de ces orteils (ectoderme ventral) et d'aspect ventral sur leur face
inferieure (ectoderme dorsal). Notons toutefois que la presence de tubercules
dans l'ectoderme dorsal n'est pas associee a un developpement de pelotes
plantaires.
(b) Analyse du squelette
Les pieces squelettiques de tous ces rayons acropodiaux ont leur polarite d-v
conforme a celle du mesoderme. La polarite du tegument comme celle du
squelette se conforme a la polarite du mesoderme et ni un ectoderme jeune ni un
ectoderme age n'est capable d'exercer son action polarisante.
En definitive, un retournement de 180° de l'axe d-v de l'ectoderme par rapport
au mesoderme de 3,5 jours se traduit par une inversion de la polarite d-v
d'une partie ou de la totalite des territoires distaux (acropode). A ces niveaux,
le tegument comme le squelette sont conformes a la polarite de l'ectoderme.
Avec du mesoderme de 5,5 jours, la polarite du tegument et celle du squelette
sont conformes a la polarite d-v du mesoderme.
(B) Action de Vectoderme {de 3,5 jours et de 5,5 jours d'incubation)
sur Vetablissement de l'axe dor so-ventral du membre: cas de mesodermes
dissocies et reagreges
%
Dans ces associations les bourgeons de membre reconstitues ont ete greffes sur
l'hote avec l'axe d-v de l'ectoderme en concordance ou en opposition avec celui
du moignon. Ces variantes n'ont introduit aucune difference dans les resultats,
qui sont done rapportes ci-dessous sans en tenir compte.
(1) Effet polarisant de Vectoderme sur du mesoderme reagrege de 3,5 jours
Les associations ont conduit a des developpements de membres (57) qui sont
le plus souvent (50 cas) constitues d'un autopode et dans quelques cas (7) d'un
zeugopode et d'un autopode. La polarite antero-posterieure de ces palettes
autopodiales est abolie et les rayons acropodiaux formes (141) correspondent
le plus souvent par le nombre de leurs phalanges, a des orteils II et III.
La disposition des phaneres sur ces autopodes conduit au bilan suivant.
188
MARIE-PAULE PAUTOU
(a) Analyse du tegument
Vingt-trois pattes (40 %) portant 17 orteils en tout, ont une polarite d-v du
tegument totalement conforme a l'orientation d-v de l'ectoderme mais pour
34 pattes (60%) (portant un total de 124 orteils) on observe des anomalies
tegumentaires non conformes a la qualite d-v de Fectoderme. Dans ces autopodes
se developpent cote a cote des orteils dont le tegument est conforme, par la
qualite des phaneres, a la polarite de 1'ectoderme (66 sur 124:53%) (avec
presence ou absence de pelotes plantaires du cote de 1'ectoderme ventral) et des
orteils (58 sur 124:47 %) dont le tegument peut montrer des anomalies du cote
de 1'ectoderme dorsal ou ventral. Pour ces orteils, porteurs d'anomalies
tegumentaires, la griffe a toujours une polarite d-v conforme a celle de 1'ectoderme. Le reste du tegument se caracterise par des differentiations de petits
tubercules sur la face ectodermique dorsale ou par la formation sporadique de
grandes ecailles sur la face ectodermique ventrale.
Le premier type d'anomalie (tubercules du cote de 1'ectoderme dorsal) se
produit lorsque 1'ectoderme est jeune (3,5 jours) ou age (5,5 jours). Des tubercules
se localisent alors sur une portion du tegument acropodial dorsal (47 sur
58:81 %) ou occupent toute cette surface acropodiale dorsale (11 sur 58 :19 %)
(Fig. 4 c). La seconde anomalie (grandes ecailles sur la face ectodermique
ventrale) n'est pas liee a la premiere. Elle n'est visible que lorsque 1'ectoderme
de l'association a ete preleve a 5,5 jours d'incubation. Des plages de 1 a 4 ecailles
couvrent alors un territoire restreint (proximal ou distal) de l'acropode. Plus
rarement, cette surface alteree correspond a un territoire plus grand (sensiblement 10 ecailles) (Fig. 4b). La presence simultanee de ces deux anomalies sur
un meme orteil est rare (4 cas). Pour les autres orteils ou les anomalies tegumentaires ne sont pas presentes simultanement, dans la majorite des cas
(45 orteils: 83 %) seul le tegument dorsal est altere (Fig. 4 c, d). Pour 9 orteils
(17 %) c'est le tegument ventral qui est altere (Fig. 4 a, b).
(b) Analyse du squelette
Le squelette autopodial des membres qui se sont developpes dans ces associations a generalement (50 pattes sur 57:87 %) une orientation d-v conforme
a celle de 1'ectoderme. Dans certains cas, cependant (sept pattes: 13 %), les os
phalangiques prennent un aspect tubulaire. L'os de la phalange terminale est
alors sans polarite (de forme conique) ou polarise dorso-ventralement (Fig. 3/).
Le fait d'utiliser un ectoderme jeune ou age a le meme retentissement sur la
polarite d-v du squelette qui est toujours conforme a celle de l'ectoderme. Pour
ces 57 autopodes, la polarite d-v du squelette n'est pas forcement associee a celle
du tegument. Dans un peu plus de la moitie des cas (29:51 %) le squelette
acropodial a une polarite d-v conforme a celle de 1'ectoderme, mais le tegument
est altere dans sa partie dorsale (ectoderme dorsal) ou ventrale (ectoderme
ventral) (Fig. 3 d, e). Pour certains autopodes (21 cas: 37 %) il y a correspondance
Uaxe dorso-ventral dans le pied chez poulet
189
apparente entre la conformation des axes du squelette et du tegument. Dans
un certain nombre de cas enfin (deux cas: 3,5 %) le tegument a une polarite
d-v conforme a celle de l'ectoderme, mais les pieces squelettiques de certains
rayons ont un aspect tubulaire (Fig. 3/). Pour cinq pattes (8,5 %) le tegument
et le squelette ont polarite aberrante non conforme a celle de l'ectoderme.
(2) Effet polarisant de Vectoderme sur du mesoderme reagrege de 5,5 jours
Les 16 membres fixes entre 15 et 17 jours d'incubation dans ces associations
correspondent a des rayons acropodiaux (21) hypomorphes nantis (16 cas) ou
non (5 cas) d'une griffe. Ces rayons acropodiaux montrent les caracteristiques
tegumentaires suivantes.
(a) Analyse du tegument
Pour ces orteils, la griffe, lorsqu'elle est formee, a une polarite d-v qui correspond generalement (14 cas sur 16:87 %) a celle de l'ectoderme. Le tegument
de ces rayons acropodiaux porte dans 14 % des cas (trois orteils) des phaneres
qui sont conformes, par leur qualite, a la polarite d-v de l'ectoderme. Le plus
souvent, cependant (86 % des cas: 18 orteils), les phaneres presents du cote de
l'ectoderme dorsal sont des tubercules. II en resulte des rayons acropodiaux
dont le tegument est biventral sur toute leur longueur. Un tel aspect tegumentaire
a deja ete mentionne dans les associations precedentes (avec un mesoderme de
3,5 jours) mais il apparait avec une frequence beaucoup plus grande lorsque
Ton utilise un mesoderme plus age: 11 orteils sur 141 (7 %) avec un mesoderme
de 3,5 jours et 18 orteils sur 21 (86 %) avec un mesoderme de 5,5 jours. L'age
de l'ectoderme n'a pas d'incidence sur la frequence de cette anomalie (88 %
avec un ectoderme de 3,5 jours et 83 % avec un ectoderme de 5,5 jours).
Remarquons enfin que si l'ectoderme ventral parvient toujours a imposer sa
polarite (developpement de tubercules), les pelotes plantaires font cependant
toujours defaut.
(b) Analyse du squelette
Le squelette est generalement (18 cas sur 21) polarise dorso-ventralement
conformement a l'ectoderme. Notons, toutefois, que la distinction dorsale ou
ventrale des os phalangiques de 3 orteils n'a pu etre faite en raison de leur aspect
tubulaire. Comme dans les associations precedentes, il n'y a pas forcement
concordance entre la polarite du squelette et du tegument. Cette concordance se
realise pour trois de ces orteils mais dans la majorite des cas (18 orteils sur 21),
un tegument acropodial biventral est accompagne d'un squelette polarise
dorso-ventralement (orientation conforme a celle de l'ectoderme).
En definitive, l'association d'ectoderme et de mesoderme reagrege de 3,5 jours
forme des membres (le plus souvent des autopodes ou des rayons acropodiaux),
dans lesquels la polarite d-v du tegument ou du squelette peut etres conforme a
celle de l'ectoderme. Toutefois les anomalies tegumentaires et squelettiques
13
EMB 42
190
MARIE-PAULE PAUTOU
Vaxe dorso-ventral dans le pied chez poulet
191
relevees dans ces associations montrent soit que le passage de l'information
polarisante dorsale de l'ectoderme au mesoderme est imparfait, soit, plus
vraisemblablement, que cette information est transmise au mesoderme mais ce
dernier ne parvient plus a y repondre. Avec un mesoderme reagrege de 5,5 jours
d'incubation le caractere dorsal du tegument apparait encore plus rarement.
Le squelette est cependant plus frequemment polarise conformement a
l'ectoderme que ne Test le tegument.
CONCLUSIONS
Afin d'etudier le role de l'ectoderme et du mesoderme dans la mise en place
de l'axe d-v dans le membre du poulet, deux series d'experiences ont ete
realisees. Dans l'une, l'axe d-v de l'ectoderme a ete inverse par rapport a celui
du mesoderme entier (non desagrege). Dans l'autre, le mesoderme a ete
prealablement dissocie puis reagrege avant d'etre associe a l'ectoderme. Ces
experiences montrent que, lorsque le bourgeon de membre est proeminent,
rectoderme est polarise d-v et peut imposer cette polarite au mesoderme. Cet
effet polarisant de rectoderme s'exerce a deux niveaux: en surface, il determine
le type de phaneres correspondant au tegument dorsal et ventral; en profondeur,
il fixe la polarite dorso-ventrale des pieces squelettiques. La reaction du
mesoderme a cette action polarisante de l'ectoderme est'neanmoins differente
selon que le mesoderme est jeune ou age. La desagregation et la reagregation du
mesoderme ont, de plus, une repercussion sur la reponse a l'action polarisante
de l'ectoderme.
C'est ainsi qu'avec un mesoderme jeune (3,5 jours) non desagrege, seule la
portion mesodermique distale (acropode) repond a l'action polarisante de
l'ectoderme. Le squelette et le tegument acropodial ont une polarite d-v conforme a celle de l'ectoderme. Les parties proximales de ces membres ont une
polarite d-v conforme a celle du mesoderme. Dans ces combinaisons, l'ectoderme
dorsal se revele plus actif que l'ectoderme ventral, puisque l'inversion produite
du cote dorsal est generalement plus etendue que du cote ventral. Ce fait est
plus marque avec un ectoderme age qu'avec un ectoderme jeune. L'effet
FIGURE 4
Autopodes issus d'une association d'un reagregat mesodermique de bourgeons de
patte de 3,5 jours d'incubation et d'ectoderme de 5,5 {a, b) ou de 3,5 jours d'incubation (c, d). Ces autopodes de 15,5 jours d'incubation sont vus par la face dorsale
(a, c) et ventrale (b, d) de l'ectoderme. (a, b) Le tegument correspondant a l'ectoderme
dorsal (a) ne porte que de grandes ecailles, par contre, sur la face ventrale de
l'ectoderme (b), des tubercules voisinent avec de grandes ecailles. Ces dernieres sont
disposees en une rangee sur chaque orteil, et se localisent dans leur partie proximate.
(c, d) Autopode presentant, sur sa face ectodermique dorsale (c), un tegument mixte
compose de grandes ecailles et de tubercules. Des tubercules couvrent egalement tout
le tegument correspondant a l'ectoderme ventral (d). II en resulte que la partie distale
de l'un de ces orteils (fleches) a un tegument biventral.
13-2
192
MARIE-PAULE PAUTOU
ventralisant de l'ectoderme s'attenue done plus rapidement avec l'age que
1'efTet dorsalisant. Le tegument bidorsal qui se developpe ainsi correspond
a une double action: l'une imposee par l'ectoderme dorsal sur le mesoderme
ventral, l'autre imposee par le mesoderme dorsal sur l'ectoderme ventral. Dans
ces zones de conflit, la polarite d-v du squeletle se trouve alors modifiee
(formation d'os phalangiques tubulaires).
De telles donnees sont en plein accord avec les resultats apportes par les
experiences de MacCabe et al. (1974). Ces auteurs ont etudie 1'action polarisante
de l'ectoderme sur du mesoderme non desagrege essentiellement aux stades
19 a 22 de Hamburger et Hamilton (au cours du 4e jour d'incubation) et
accessoirement aux stades 24 et 25 (au cours du 5e jour d'incubation). Leur
etude a porte principalement sur les modifications de la polarite du tegument et
sur les modifications de la symetrie droite ou gauche de la recombinaison, les
modifications des pieces squelettiques proprement dites n'ayant pas ete etudiees.
Us suggerent (4 cas) que, des 4 jours d'incubation, le mesoderme distal est
capable d'imposer sa polarite dorso-ventrale a l'ectoderme sus-jacent.
Si le mesoderme de 3,5 jours subit une desagregation, 1'efTet polarisant de
l'ectoderme se trouve amplifie dans la mesure ou cet ectoderme peut agir sur
toutes les cellules mesodermiques. Le squelette et le tegument des pieds ont
generalement une polarite d-v conforme a celle de l'ectoderme. On peut,
neanmoins, deceler une perte de l'expression de la polarite dorsale de l'ectoderme,
qui se traduit, dans le tegument, par la formation de tubercules, mais ne retentit
pas necessairement sur la polarite d-v du squelette. Ce squelette peut prendre
lui-meme, independamment du tegument, une conformation aberrante se
traduisant par la formation d'os phalangiques tubulaires, l'age de l'ectoderme
n'intervenant pas dans l'apparition de ces anomalies. Cependant, lorsque
l'ectoderme provient d'un embryon de 5,5 jours d'incubation, il se surajoute des
differentiations de plages de grandes ecailles dans le tegument ventral des
autopodes. II faut supposer, pour ce type d'aberration, que des cellules
mesodermiques parviennent a exprimer des proprietes axiales dorsales (acquises
avant la dissociation) que l'ectoderme sus-jacent ne peut contrecarrer car son
activite polarisante 'ventralisante' se trouve amoindrie a ce stade.
Le comportement des cellules mesodermiques vis-a-vis de l'ectoderme est
different lorsque ce mesoderme a atteint 5,5 jours d'incubation. Pour ces mesodermes entiers, non desagreges, le squelette et le tegument des rayons acropodiaux
sont toujours totalement conformes a l'orientation d-v du mesoderme. Toutes
les cellules mesodermiques prelevees a 5,5 jours sont determinees dorsoventralement et l'ectoderme, qu'il soit jeune ou age, ne peut plus modifier
cette polarite mesodermique.
La dislocation topographique du mesoderme de 5,5 jours lui restitue une
certaine competence pour repondre a Faction polarisante de l'ectoderme. Le
squelette et le tegument de ces membres peuvent se conformer, avec une
frequence variable pour ces deux composants, a la polarite de l'ectoderme. Cette
Vaxe dorso-ventral dans le pied chez poulet
193
competence est cependant imparfaite puisque des structures aberrantes
(phaneres non conformes a la polarite de l'ectoderme) se developpent frequemment. II faut de plus remarquer que ce phenomene est amplifie avec le
mesoderme age.
L'ectoderme d'un bourgeon de membre proeminent de 3,5 jours d'incubation
est done polarise dorso-ventralement. II exerce une action polarisante sur le
mesoderme sous-jacent pendant environ 48 h: periode pendant laquelle se met
en place le mesoderme presomptif de l'acropode. La determination dorsoventrale des cellules mesodermiques, qui commence a se manifester dans sa
partie distale a partir de 4 jours (MacCabe et ah 1974) est achevee a 5,5 jours
d'incubation. L'ectoderme ne peut plus modifier alors cette determination d-v du
mesoderme. L'ectoderme detient cependant encore des proprietes polarisantes
apres ce stade (au moins jusqu'a 6,5 jours d'incubation: resultats inedits) mais
ne parait plus devoir utiliser cette propriete dans les conditions normales du
developpement. Cette action polarisante de l'ectoderme s'exerce simultanement
en profondeur (sur le squelette) comme en surface (sur le tegument).
Ces observations corroborent done celles obtenues par Stark & Searls (1974)
and Searls (1976), en montrant une participation de l'ectoderme a l'etablissement d'un patron cartilagineux polarise d-v dans le membre du poulet. En
dissociant le mesoderme, on peut parvenir a separer les effets polarisants
produits par l'ectoderme sur le tegument et le squelette. Un resultat semblable
peut atre obtenu apres action d'un agent teratogene. Ainsi le vert Janus peut
perturber le patron scutellaire dorsal de membres (pattes) traites sans modifier
la polarite d-v du squelette sous-jacent (resultats inedits). La determination
axiale dorsale et ventrale du tegument parait done etre plus fragile que celle du
squelette.
Ces experiences soulevent cependant de nombreux problemes. L'un a trait
a l'activite polarisante de l'ectoderme sur les constituants de Fautopode. Si ces
resultats montrent clairement que l'ectoderme agit sur la couche dermique
tegumentaire d'une part et sur l'organisation spatiale du mesenchyme chondrogene d'autre part, ils ne permettent pas, neanmoins, dejuger des effets polarisants
de cet ectoderme sur le tissu conjonctif destine a former les tendons dans le
pied. L'autre probleme a trait aux interactions qui peuvent exister entre la
determination de la polarite dorsale et de la polarite ventrale du tegument et
du squelette. II faut enfin remarquer que la crete apicale doit etre associee au
probleme de la polarite dorso-ventrale dans le membre dans la mesure ou elle
parait exercer elle-meme un role polarisant (Errick & Saunders, 1976; Saunders,
Gasseling & Errick, 1976) mais lorsque cette crete apicale est alteree (dissociation cellulaire), cette propriete polarisante est perdue.
Ce memoire represente une partie de la these qui sera soutenue par l'auteur devant
l'Universite scientifique et medicale de Grenoble pour l'obtention du grade de docteur d'Etat
es Sciences.
194
MARIE-PAULE PAUTOU
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