Contrôle génétique de la formation du tube cardiaque chez la Drosophile

Genetic control of cardiac tube formation in Drosophila

Laboratoire de Génétique et Physiologie du Développement, UMR 6545 CNRS – Université, IBDM CNRS-INSERM – Université de la Méditerranée, Campus de Luminy, 13288 Marseille cedex 5, France

Résumé

Chez la Drosophile, le cœur est un simple tube linéaire, le tube cardiaque, formé à partir de 52 paires de cellules myoendothéliales, qui, en fin d’embryogenèse, se différencient pour donner un organe fonctionnel. C’est un organe pulsatile, à activité musculaire autonome, qui assure le flot de l’hémolymphe dans un système de circulation ouvert. Le tube cardiaque est composé de métamères, comprenant six paires de cardioblastes dans chacun des segments. A l’intérieur de chaque métamère, les cardioblastes présentent une diversité génétique importante qui s’accompagne d’une diversité fonctionnelle. Par exemple, les deux paires de deux cardioblastes les plus postérieurs dans chacun des segments A5 à A7 se différencient en ostioles, qui constituent les voies afférentes et permettent l’entrée de l’hémolymphe dans la cavité cardiaque.

Cette diversification segmentale est complétée par une information axiale qui est à l’origine de la mise en place de l’aorte, dans la partie antérieure du tube, et du cœur, dans la partie postérieure, avec des propriétés fonctionnelles associées spécifiques. L’activité pacemaker principale est localisée dans la partie la plus caudale.

Cette analyse de la morphogenèse du cœur a été rendue possible grâce à l’utilisation de marqueurs génétiques et morphologiques spécifiques et à une observation in vivo du fonctionnement cardiaque chez l’embryon.

L’organogenèse fonctionnelle du tube cardiaque est contrôlée par des programmes génétiques précis qui ont été en partie identifiés. Ainsi les gènes Hox sont responsables de la division du tube en modules fonctionnels dans l’axe antéropostérieur. Ils activent dans leurs domaines d’expression des gènes cibles effecteurs de la différenciation terminale. D’autre part, une partie de l’information nécessaire à la diversification segmentale des cardioblastes est fournie par le morphogène Hedgehog, produit et sécrété par l’ectoderme dorsal, dont l’activité dirige la différenciation d’ostioles uniquement dans le domaine cœur.

Abstract

In Drosophila, the heart is composed of a simple linear tube constituted of 52 pairs of myoendothelial cells which differentiate during embryogenesis to build up a functional mature organ. The cardiac tube is a contractile organ with autonomous muscular activity which functions as a hemolymph pump in an open circulatory circuit. The cardiac tube is organized in metamers which contain six pairs of cardioblasts per segment. Within each metamer the cardioblasts express a combination of genetic markers underlying their functional diversity. For example, the two most posterior cardiac cells in segments A5 to A7 differentiate into ostiae which allow the inflow of hemolymph in the tube.

An additional axial information along the anteroposterior axis orchestrates the subdivision of the cardiac tube into an « aorta » in the anterior region and a « heart » in the posterior region which behave as distinct functional entities. The major pacemaker activity is located in the most caudal part of the heart.

This analysis has being made possible by the identification and the utilization of specific morphological and genetic markers and an in vivo observation of cardiac function in the embryo.

Functional organogenesis of the cardiac tube is accurately controlled by genetic programs that have been in part identified. Hox genes are responsible for the axial subdivision of the tube into functional modules. They activate, in their specific domains of expression, target genes effectors of the terminal differentiation. On the other hand, part of the information required for segmental information is provided by Hedgehog, a morphogen secreted by dorsal ectoderm, whose activity triggers the ostiae formation in the heart domain.