/. Embryol. exp. Morph. Vol. 41, pp. 259-268, 1977
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Printed in Great Britain © Company of Biologists Limited 1977
Aspects ultrastructuraux de Finteraction
uretere-mesenchyme, au cours de Finduction
nephrogene, chez les amphibiens
Par J.-D. GIPOULOUX 1 ET M. DELBOS
Laboratoire de Biologie Animate A, Centre de Microscopie Electronique,
Centre de Morphologie Experimentale du C.N.R.S., Talence, France
SUMMARY
Ultrastructural features of ureter-mesenchyme interaction, during
nephrogenic induction in Amphibia.
Transmission electron microscopy was used to study the interface between the ureter and
the mesonephric blastema. When the blastema is induced in a functional organ, numerous
pseudopodial protrusions of the ureter and of the mesonephric cells lead to a close apposition
between the two structures. The presence of squamous material, perhaps of a mucopolysaccharidic nature, with a network of collagen fibres is always found on this interface. These
particular processes seem to play a role as a morphological basis for the phenomenon of
induction. The importance of the extracellular matrix is discussed. Neither the occurrence of
zones of close contact, reported by several authors, in other species, nor the fusion of
membranes has ever been observed, in Amphibia.
INTRODUCTION
Le concept d'inducteurs embryonnaires est connu depuis longtemps et a ete
deflni par Wolff (1969) comme le moyen selon lequel un groupe determine de
cellules agissant sur un autre groupe de cellules, au moyen d'une substance
inductrice, provoque la morphogenese ou la differenciation de ce dernier.
Chez le Poulet, la differenciation de la cornee sous l'influence inductrice du
cristallin (Hay & Meier, 1974), la chondrogenese vertebrale sous celle du tube
neiveux et de la corde (Strudel, 1971) ont fait l'objet de nombreux travaux. Les
interactions inductrices dans le developpement du metanephros ont ete largement etudies par Grobstein (1953, 1955), Grobstein & Dalton (1957) et Erickson
(1968), chez la Souris, et par Bishop-Calame (1966) et Martin (1975), chez le
Poulet. De meme, l'influence inductrice qu'exerce l'uretere primaire sur le
blasteme mesonephretique des Amphibiens a ete demontree experimentalement
depuis longtemps (Cambar, 1948; Cambar & Gipouloux, 1956a). Si les
methodes de Fembryologie experimentale ont apporte dans ce domaine des
1
Adresse des auteurs: Universite de Bordeaux I, Laboratoire de Biologie Animale A,
Avenue des Facultes, 33405 Talence Cedex, France.
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J.-D. GIPOULOUX ET M. DELBOS
Vinteraction uretere-mesenchyme chez les amphibiens
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resultats tres nets concernant la realite de l'influence inductrice, les mecanismes
par lesquels cette influence s'exerce n'ont pas encore ete decouverts. Dans une
premiere etape, il nous a paru convenable de rechercher si des signes morphologiques des interactions tissulaires concernees peuvent etre deceles, a l'echelle
ultrastructurale. Pour cela, nous avons pratique une etude fine des tissus
impliques dans ces interactions chez differentes especes d'Amphibiens Anoures
et Urodeles.
MATERIEL ET METHODES
Les embryons de Bufo bufo, Rana dalmatina et Pleurodeles waltlii sont
disseques aux stades precedant la differenciation du mesonephros: stade III 9
chez Bufo bufo, d'apres la table de Cambar & Gipouloux (19566), stade 36 chez
Rana dalmatina d'apres la table de Cambar & Marrot (1954), stade 27 chez
Pleurodeles waltlii d'apres la table de Gallien & Durocher (1957). Le fragment
preleve pour observation est constitue par les deux ureteres et les blastemes
mesonephretiques adjacents. 11 est ensuite fixe par une solution de glutaraldehyde a 2 % dans du tampon phosphate. Une partie des pieces subit directement une post-fixation par l'acide osmique a 2 % tandis que les autres sont
soumises auparavant a un traitement particulier.
Une etude prealable (Delbos, 1975) nous ayant montre la presence d'une
couche granuleuse exterieure a l'uretere, il nous a paru, en effet, interessant de
realiser quelques extractions enzymatiques, afin d'essayer de preciser la nature
de quelques constituants de cette formation. Pour cela, la piece est placee dans
une solution de hyaluronidase ou de collagenase pendant 4 h a 37°. Apres
lavage, post-fixation, deshydratation, inclusion dans l'epon et double coloration
par l'acetate d'uranyle et le citrate de plomb, 1'observation des coupes est faite
au microscope Philips.
RESULTATS
L'etude ultrastructurale de l'ensemble uretere primaire-blasteme mesonephretique nous a permis d'observer un rapprochement etroit de ces deux
structures au moment de la differenciation du massif blastematique.
FIGURES
1-3
Fig. 1. Aspect de Pinterface uretere-blasteme, chez Pleurodeles waltlii, au stade 27.
Noter la presence de materiel muqueux a l'exterieur et a l'interieur de l'uretere.
Fig. 2. Apres traitement par la hyaluronidase, la couche muqueuse est moins dense
et moins epaisse. Noter la presence de vesicules de pinocytose {Pleurodeles, stade 27).
Fig. 3. Aspect normal de la couche muqueuse exterieure a l'uretere {Bufo bufo,
stade in 9 ).
bl.m.: blasteme mesonephretique; c.m.e.: couche muqueuse extracellulaire; e.p.:
expansion pseudopodiale;/c.: collagene; mi.: mitochondrie; u.p.: uretereprimaire;
v.p.: vesicule de pinocytose; s.m.: substance muqueuse intracellulaire.
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U interaction uretere-mesenchyme chez les amphibiens
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La presence constante, au niveau de l'uretere d'une couche granuleuse,
exterieure a la membrane plasmique, que nous avions deja signalee chez Rana
dalmatina (Delbos, 1975) est egalement observee chez Bufo bufo et PleurodeJes
waltlii (Fig. 1). Cette couche, d'une epaisseur moyenne de 0,2 [im est plus importante et plus dense au niveau du contact uretere-blasteme qu'a la face opposee
de l'uretere. Quelques dilatations cisternaires du reticulum endoplasmique de
1'iiretere contiennent un materiel identique au materiel extracellulaire (Fig. 1).
La presence de ces cisternae et l'apparent relachement de leur contenu a la
surface et dans les espaces intercellulaires montrent que l'uretere participe a la
production de cette matrice extra-cellulaire. Cette substance semble done etre
synthetisee par l'uretere et deversee a l'exterieur par les pores de la membrane
plasmique. Ce phenomene est particulierement important chez le Pleurodele
ou la substance parait elaboree en plus grande quantite que chez les autres
especes. Le traitement des specimens par la hyaluronidase a pour consequence
une forte diminution de densite de cette couche muqueuse (Fig. 2). En outre,
l'epaisseur de celle-ci qui varie entre 0,2 et 0,3 [im, chez l'animal non traite n'est
plus alors que de 0,1 a 0,2 /tm (Figs. 2 et 3). Un feutrage de fins filaments de
collagene occupe egalement l'espace separant uretere primaire et blasteme. Ces
filaments, disposes isolement ou en faisceaux ont la structure periodique typique
des filaments de collagene et sont orientes, dans la majeure partie des cas,
parallelement a la membrane ureterale (Fig. 2). Un traitement par la collagenase
les fait disparaitre.
II est a noter que le blasteme mesonephretique est egalement quelquefois
entoure, comme l'uretere primaire, d'une couche extracellulaire tres fine et de
fibres de collagene. En outre, dans le cas des nodules indifferencies de blasteme
mesonephrogene, que Ton obtient apres ablation de l'uretere primaire, nous
FIGURES
4-10
Fig. 4. Formation d'expansions pseudopodiales au niveau de l'uretere. Noter que la
couche muqueuse occupe entierement l'espace etroit (0,02/tm) separant les deux
structures {Rana dalmatina, stade 36).
Fig. 5. Zone d'amincissement de l'uretere au niveau des cellules blastematiques
{Rana dalmatina, stade 39).
Fig. 6. Aspect detaille des tonofilaments (fleche) a Pinterieur d'une expansion des
cellules blastematiques (Pleurodeles waltlii, stade 27).
Fig. 7. Vue generale d'une expansion des cellules blastematiques (Pleurodeles
waltlii, stade 27).
Fig. 8. Aspect de l'uretere cultive in vitro (Rana dalmatina, stade 38).
Fig. 9. Aspect de nodule mesonephretique indifferencie cultive in vitro. Les filaments
de collagene sont issus des cellules blastematiques et entourent l'agregat (Rana
dalmatina, stade 38).
Fig. 10. Des filaments de collagene s'insinuent entre les cellules du nodule mesonephretique indifferencie cultive in vitro (Rana dalmatina, stade 38).
Memes legendes que pour les Figures 1-3.
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n'avons pas observe de matrice extracellulaire mais un developpement exagere
de fibres collageniques entre les cellules mesenchymateuses indifferenciees
(Fig. 10) et autour de l'agregat qu'elles forment (Fig. 9).
Chez toutes les especes etudiees, les cellules blastematiques et les cellules
ureterales tendent, par la formation d'expansions, a etablir entre elles un
rapprochement tres etroit.
L'uretere envoie de nombreux prolongements cytoplasmiques qui s'approchent
des cellules du massif blastematique (Fig. 4). Le materiel exterieur a la membrane
plasmique est toujours abondant au niveau de ces expansions et la distance
souvent tres faible (0,02 jum) qui separe les deux types cellulaires est entierement
occupee par cette couche muqueuse. Dans certains cas, nous avons pu noter un
amincissement remarquable de la paroi ureterale (Fig. 5). En outre, l'uretere est
toujours le siege d'une importante activite metabolique, caracterisee par des
phenomenes importants de pinocytose (Fig. 2); la paroi est creusee de nombreuses vesicules en formation. Un certain nombre de ces dernieres est
egalement dissemine dans le cytoplasme.
Les cellules blastematiques, dans quelques cas, orientent leur corps cellulaire
parallelement a l'uretere; dans d'autres cas, elles emettent des expansions
pseudopodiales qui s'etalent le long de la matrice extracellulaire entourant
l'uretere (Fig. 7). Au niveau de ces expansions, on peut quelquefois noter la
presence d'elements filamenteux (Fig. 6), identiques a ceux que Ton observe,
generalement, au niveau des phenomenes de pinocytose. On admet que la
formation de ces filaments represente alors une modification adaptative liant
certaines molecules specifiques a la surface cellulaire.
Les modifications structurales observees dans l'uretere primaire n'apparaissent
qu'au contact du blasteme mesonephretique, puisque, dans l'uretere primaire
explante et cultive isolement in vitro, on ne voit apparaitre aucune de ces
differenciations (Fig. 8). La presence de ces dernieres dans les zones actives, lors
de l'induction nephrogene et leur absence dans des zones inactives suggere
qu'elles sont morphogenetiquement significatives. De plus, la presence de ces
differenciations particulieres dans les deux structures concernees permet de
penser, d'une part, a une action de l'uretere sur le blasteme et, d'autre part,
a une action du blasteme sur la structure ureterale elle-meme.
DISCUSSION
La presence du materiel extracellulaire observe entre l'uretere et les cellules
blastematiques, sans doute d'une nature mucopolysaccharidique, est a rapprocher du materiel extracellulaire decouvert par Hay & Meier (1974), autour
du tube neural isole et de la corde dorsale durant la formation des somites,
comme autour du cristallin durant la differenciation de la cornee. Ces auteurs
ont demontre qu'il s'agit de glycosaminoglycane qui influence la morphogenese
des tissus sur lesquels une action inductrice intervient. Ces derniers tissus
Vinteraction uretere-mesenchyme chez les amphibiens
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produisent eux-memes du glycosaminoglycane mais en quantite moins importante. Bernfield, Banerjee & Cohn (1972) ont demontre egalement la presence de
mucopolysaccharides acides sur toute l'interface epithelio-mesenchymateuse
des glandes salivaires de la Souris et pensent egalement que l'interaction
epithelio-mesenchymateuse semble dependre de la presence du materiel extracellulaire. D'apres ces deux auteurs, l'intensite de la differentiation pourrait
etre proportionnelle a la quantite de materiel extracellulaire (ensemble glycosaminoglycane-collagene). Cette hypothese pourrait etre confirmee par le fait
que le blasteme mesonephretique, en position normale in vivo, est entoure d'une
couche fine de materiel extracellulaire et de quelques filaments de collagene
tandis qu'au niveau du nodule mesonephretique indifferencie (obtenu par
ablation de l'uretere), il n'a jamais ete observe de matrice extracellulaire, mais,
par contre, un grand developpement de fibres de collagene entre les cellules
mesenchymateuses et autour du massif. De plus, d'apres Hay & Meier (1974),
le collagene pourrait par lui-meme stimuler le collagene et la synthese de
glycosaminoglycane. Peut-etre l'exageration de l'elaboration de collagene
constitue-t-elle une indication morphologique d'un essai d'auto-diflferenciation
du nodule mesonephrogene prive de son inducteur normal.
Certains auteurs mettent en doute l'importance de la couche extracellulaire
dans l'induction. Lehtonen (1975), etudiant l'interface epithelio-mesenchymateuse durant l'induction in vivo du rein chez la Souris observe la formation de
nombreuses protrusions par les deux types cellulaires, limitant, dans certains
cas, a 0,015 ou 0,02/im seulement, les espaces separant mesenchyme et epithelium. Ces distances sont comparables a celles que nous avons rapportees plus
haut, chez la Grenouille. Toutefois, si cet auteur assure que ces expansions
particulieres doivent jouer un role dans l'induction, il met en doute l'importance
de la matrice extracellulaire, dans l'induction, car, d'une part, il se produit
quelquefois une fusion complete des membranes des deux tissus en presence et
d'autre part, de nombreux contacts cellulaires sont etablis, sans materiel extracellulaire visible. Cet auteur en deduit que l'induction des tubules renaux de la
Souris est independante des materiaux extracellulaires. D'autres auteurs ont
egalement observe, chez differents animaux, des zones de contact direct dans la
glande sousmandibulaire du Rat (Cutler & Chaudhry, 1973), dans la muqueuse
duodenale du Rat (Mathan, Hermos & Trier, 1972), dans la structure des
odontoblastes (Pannese, 1962). Aucune membrane de base ne separe les cellules
epitheliales hepatiques et les tissus hematopoietiques et des attaches de type
desmosomique sont meme etablies entre les cellules heterologues a l'interface
epithelio-mesenchymateuse (Rifkind, Chui & Epler, 1969).
Chez les Amphibiens, nous n'avons jamais observe de fusion de membranes
dans les contacts uretere-mesenchyme. D'autre part, dans tous les cas de
contact, au niveau des protrusions epitheliales et mesenchymateuses, nous
observons toujours la persistance de la matrice extracellulaire. Celle-ci est
quelquefois tres amincie au niveau du contact, mais existe toujours. La
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description des differentes expansions pseudopodiales permet d'observer que
ces structures s'apposent toujours, non sur la membrane plasmique du tissu
contigu mais sur la couche extracellulaire et collagenique qui le recouvre. II nous
semble done que l'interaction epithelio-mesenchymateuse serait liee a la
presence de ce materiel extracellulaire. L'activite inductrice dependrait alors du
contact de materiaux extra-cytoplasmiques. Saxen, et al. (1976) pensent que les
interactions morphogenetiques sont transmises a travers des contacts cellulaires,
l'intensite de l'induction etant fonction de la dimension de la surface de contact.
Enfin, Wolff (1969) deduit de ses observations sur la Souris que la presence
du mesenchyme metanephretique a une influence sur la structure de l'uretere.
De meme, chez les Amphibiens, les modifications de structure de l'uretere
primaire (evaginations pseudopodiales, amincissement) n'apparaissent pas en
l'absence de blasteme. Ce dernier a done certainement une influence sur les
transformations de la structure ureterale.
CONCLUSION
En conclusion, la differentiation du blasteme mesonephretique en organe
fonctionnel parait necessiter un contact direct et le plus large possible avec le
materiel extracellulaire entourant l'uretere. La presence des expansions pseudopodiales accroit au maximum la surface de 'contact' des deux tissus avec la
matrice extracellulaire. Ces differenciations semblent bien constituer un support
morphologique du phenomene de l'induction qui dependrait peut-etre alors de
la dimension de la surface de contact avec la matrice extracellulaire. Enfin, on
peut parler d'une action de l'uretere sur le blasteme mesonephretique et
reciproquement d'une action du blasteme sur l'uretere primaire.
RESUME
Une etude au microscope electronique a ete faite pour etudier Pinterface uretere-blasteme
mesonephretique. Au moment de 1'induction de ce dernier en mesonephros fonctionnel, des
expansions pseudopodiales de l'uretere et des cellules mesonephretiques permettent un
rapprochement etroit des deux structures en de nombreux endroits. La presence d'une couche
muqueuse, sans doute d'origine mucopolysaccharidique, associee a un feutrage de fibres de
collagene est toujours observee au niveau de cet interface. L'importance de cette matrice
extracellulaire dans le phenomene d'induction est discutee. Si ces differenciations particulieres
paraissent bien constituer un support morphologique du phenomene inducteur, des contacts
etroits sans presence de matrice extracellulaire, signales par certains auteurs, dans d'autres
especes, pas plus que la fusion des membranes heterologues, n'ont ete observes chez les
Amphibiens.
V interaction uretere-mesenchyme chez les amphibiens
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