ÉTIENNE WOLFF (1904-1996) Pionnier de la tératologie et de l'embryologie expérimentales

 

 

ÉTIENNE WOLFF

(1904-1996)

Pionnier de la tératologie

et de l'embryologie expérimentale

 

par M. le Professeur Claude-Roland Marchand.

Membre de l'Académie des Sciences, Belles lettres et Arts de Besançon

 

(Séance publique du 15 juin 2016)

 

 

Étienne Wolff est né en Bourgogne, à Auxerre ; il a fait sa carrière à Strasbourg et à Paris.

 

D'abord orienté vers la philosophie, il se prit de passion pour la biologie où, grâce à des maîtres enthousiastes, il a pu s'engager, exprimer sa rigueur, ses intuitions, ses audaces et actualiser certains paradigmes de 1925 à 1970. Cela fait vingt ans qu'il nous a quittés.

 

Ses résultats et leurs applications en recherches fondamentale et appliquée lui ont valu les plus hautes distinctions : il fut élu dans les trois Académies de l'Institut (Sciences en 1963, Médecine en 1966, Française en 1971), comme le furent Claude Bernard et Louis Pasteur au XIX^e siècle.

 

Il a formé de nombreux élèves et disciples qui ont prolongé et approfondi les thèmes des recherches qu'il avait abordés, et en particulier la tératologie, les changements de sexe, les cultures d'organes et les chimères. Il a été, en outre, le créateur d'un laboratoire d'embryologie de renommée internationale et administrateur du Collège de France.

 

Son parcours fut tragiquement interrompu par la deuxième guerre mondiale, où il fut, en tant qu'officier, interné pendant cinq ans dans des Oflags, en Autriche et en Allemagne.

 

C'est là qu'il rédigea la matière de deux ouvrages qui furent complétés et édités après la Libération.

 

Nous voulons rendre un hommage à cet immense chercheur, modeste, discret très attaché aux valeurs humanistes et toujours soucieux de partager ses connaissances.

 

LA TÉRATOLOGIE

 

Depuis l'époque des cavernes, les monstres ont fasciné, inquiété nos ancêtres. Les anomalies et les bizarreries observées sur les animaux ou les hommes étaient souvent expliquées de manière irrationnelle, superstitieuse ou religieuse.

 

Au fil des siècles, de nombreux anatomistes et des médecins ont rassemblé des spécimens dans des musées et classé les anomalies selon leur degré ou leur nature. Sans pouvoir les expliquer rationnellement. Mais ce qui est certain, toutefois, c'est qu'on ne voit jamais de chimères ou de centaures ; pas de moutons à tête de chien, ni d'hommes-singes.

 

Parmi les anatomistes les plus illustres nous mentionnerons : Claude Galien (131-201 après J-C.), Andreas Vesalius (1514-1564), Ambroise Paré (1510-1590) et, au XIX^e siècle, Étienne Geoffroy-Saint-Hilaire (1772-1844), contemporain de Georges Cuvier, son fils Isidore (1805-1861), et Camille Dareste (1822-1899). Les schémas qu'ils nous ont laissés sont précieux pour établir des comparaisons et tenter d'établir l'origine des anomalies.

 

Après une brève recherche en protistologie — sur l'Amibe — sous l'autorité du Professeur Édouard Chatton à Strasbourg (ou travaillait un futur Prix Nobel, André L. Wolff, Étienne Wolff s'est vu confier un travail en embryologie dans le laboratoire du Professeur Paul Ancel, alors orienté vers la recherche des « centres organisateurs et des inducteurs » qui déterminent les symétries et les polarités de l'embryon chez les Amphibiens ou chez les Oiseaux.

 

Sujet immense et d'actualité, à l'époque, où la concurrence internationale était forte, et où la France accusait un certain retard.

 

En bref, Paul Ancel suggérait à Étienne Wolff de générer des monstres afin que «l'anormal permette de comprendre et/ou d'expliquer le normal». Et pour cela il disposait d'œufs de Poule et d'un appareil à rayons X.

 

La mise au point d'une technique ad hoc :

 

L'accès au disque embryonnaire de l'œuf de poule n'est pas aisé. En ménageant une fenêtre dans la coquille, en la recouvrant d'une plaque de mica et en enlevant un peu d'albumine, Étienne Wolff a pu bombarder de rayons X différents territoires de l'embryon à différents stades et observer les résultats sans le tuer.

 

Cette technique originale lui a permis, nous dit-il : « d'obtenir en quelques semaines et sans coup férir presque toutes les grandes malformations connues chez les Vertébrés et en particulier chez l'Homme ». Et il ajoutait:« un cyclope est un monstre, un bec de lièvre est une anomalie. »

Les monstres simples :

 

Le premier monstre qu'il a obtenu, suite à une irradiation précoce et bien ciblée, fut un omphalocéphale : (fig.1).

 

fig. 1 Poulet omphalocéphale à 12 jours d'incubation ; tête réduite, deux becs b.i., b.s.; C = cœur ; F = foie ; m.a. = aile ; m.p. = patte.

 

Il obtint ensuite toute une variété de malformations auxquelles il a donné des noms évocateurs : cyclocéphalie, cyclopie (fig. 2, 3, 4), otocéphalie (fig. 5), symélie (fig. 6, 7), ectomélie, phocomélie... en se servant de la classification établie par Étienne Geoffrey-Saint-Hilaire au XIX^e siècle. (voir lexique en fin de texte).

 

fig. 2 : Poulet cyclocéphale à deux yeux (b) Zone irradiée (a). (E. W. 1948)

 

fig. 3 : Poulet cyclope. (E. W. 1948).

 

fig. 4 : Poulet cyclope (b) Zone irradiée (a)

(E. W. 1948). ca = conduit auditif ; œ = œil

 

fig. 5 : Poulet otocéphale (b). Zone irradiée (a)

(E.W. 1948) Mi = maxillaire inf.;

ca = conduit auditif ; la = langue

 

fig. 6 : Poulet symèle. (E. W. 1948).

a : sin. = zone irradiée

b : P = patte unique avec 6 orteils

 

fig. 7 : Poulet symèle (E. W. 1948). A = bourgeon alaire

 

 

Analyse des anomalies :

 

L'irradiation altère souvent et détruit parfois des zones embryonnaires à l'origine des organes et des tissus normaux ; le développement se poursuit pourtant, avec des constructions compensatrices inattendues et pas toujours viables. Étienne Wolff a obtenu une grande variété d'anomalies, qui, pour la plupart, avaient été observées chez les fœtus humains et animaux. Cette tératologie expérimentale l'engageait à conclure que plusieurs causes mécaniques ou chimiques étaient à l'origine de malformations létales ou non. Avec Hiroshima, Tchernobyl, Minamata, Seveso, la dioxine, le diéthylstilboestrol, la thalidomide, le virus Zika... L'Histoire lui a hélas, donné raison et la communauté scientifique le redoutait depuis longtemps.

 

En outre, ces travaux répondaient en partie à la localisation de « centres organisateurs » qui seront, des décennies plus tard, mis en évidence avec la découverte des homéogènes, véritables architectes d'une organisation harmonieuse et conforme au programme génétique de l'espèce.

 

Ainsi, avec le poulet, Étienne Wolff contribuait, à l'instar de ses collègues sur les Amphibiens, à la connaissance de la dynamique du développement embryonnaire, grâce aux anomalies qu'il avait provoquées. L'ensemble de ses résultats fut consigné dans sa thèse qu'il intitula : « Les bases de la tératogenèse expérimentale des Vertébrés Amniotes par des méthodes directes ».

 

Les monstres doubles :

 

La ligature d'un œuf d'Amphibien est aisée et permet d'obtenir des jumeaux.

 

Il n'en est pas de même avec l'œuf de poule, mais Étienne Wolff a pensé que cela était possible. C'est Hubert Lutz, l'un de ses élèves, qui y est parvenu sur des œufs de cane. Pour cela il a fissuré le blastodisque germinal avec une fine aiguille de verre. Lorsque la fissuration est totale, il a obtenu des jumeaux séparés côte à côte ou en file indienne ; et lorsque la fissuration est partielle, il a obtenu des jumeaux soudés par l'arrière (fig. 8) ou par l'avant (fig. 9). La littérature tératologique signale des cas similaires dans l'espèce humaine, qui sont conservés dans les collections de la Faculté de Strasbourg (clichés E. Wolff 1948) (fig. 10 et 11) ou dans le Musée Dupuytren de la Faculté de Médecine de Paris.

 

 

fig. 8 : Monstre double à deux têtes (b).

Fissuration partielle antérieure (a)

 

fig. 9 : Monstre double à deux troncs (b). Fissuration partielle postérieure (a)

 

 

fig. 10 : Monstre humain dérodyme. (Wolff 1948)

 

fig. 11 : Monstre humain « janiceps »

(Wolff 1948)

 

Ainsi, l'école Wolff, sur un matériel délicat, apportait une large contribution à la tératologie expérimentale et faisait la démonstration que les mêmes causes pouvaient engendrer les mêmes effets dans différentes classes de Vertébrés.

 

LES CHANGEMENTS DE SEXE

 

De même que la maîtrise des rayons X lui a permis d'intervenir sur les jeunes stades de l'embryon de Poulet, la purification et la synthèse des hormones sexuelles lui ont ouvert des perspectives expérimentales prometteuses.

 

L'enjeu : dans les années 1930, la différenciation sexuelle réalisée en conformité avec le génome, n'était pas totalement expliquée, mais on soupçonnait fort l'action morphogène des hormones sexuelles aboutissant à la mise en place des caractères sexuels primaires et secondaires.

 

Il faut toutefois rappeler les particularités aviaires:

 

— la femelle est hétérogamétique : ZW ; le mâle est homogamétique : ZZ.

— l'appareil génital femelle est dissymétrique : seuls l'ovaire et l'oviducte gauches se développent et sont fonctionnels (sauf chez les Rapaces).

 

La différenciation sexuelle se fait progressivement à partir d'un stade indifférencié comportant les ébauches mâles et femelles tant au niveau des canaux sexuels (Wolff et Müller) qu'au niveau des territoires gonadiques (cortex et médulla). Après 10 jours d'incubation, chez le poulet, la dissymétrie est nettement visible chez la femelle.

 

fig. 12 : Appareil génital de l'embryon de poulet au stade indifférencié.

Eb. gon. = ébauche gonade : en noir, partie mâle (médulla) ; en clair : partie femelle (cortex). cl. = cloaque ; c.M. = canal de Müller (femelle) futur oviducte ; cW. = canal de Wolff (mâle) futur canal déférent ; R. = rein embryonnaire transitoire, (mésonéphros).

 

La production expérimentale de mâles intersexués :

 

En injectant, à partir du 5^e jour de l'incubation, de l'œstrone en solution aqueuse ou du benzoate d'œstradiol en solution huileuse, Étienne Wolff et Albert Ginglinger ont « transformé infailliblement 100 % des embryons de poulets mâles en intersexués ».

 

Différents degrés d'intersexualité ont été obtenus selon la dose d'hormone injectée et suivant le stade d'intervention.

 

N.B. des résultats identiques sont publiés en avril 1935 par B. H. Willier et en juin 1935 par Vera Dantchakoff 14 jours avant eux. Mais leurs travaux originaux plus approfondis leur ont reconnu une certaine priorité dans la bibliographie.

 

Résultats : 4 types d'intersexués sont obtenus (fig. 13) :

 

fig. 13 : d'après Étienne Wolff et Albert GINGLINGER (1935)

 

En haut à gauche : mâle normal = pas de canaux de Müller ; deux canaux de Wolff (c. W.) ; deux testicules (T).

En bas à droite : femelle normale = ovaire (Ov.) et canal de Müller gauches développés (c. M.) ; oviducte avec son pavillon (pav.) et sa glande coquillière (g. c.); cloaque (cl.)

I, II, III, IV: quatre degrés d'intersexualité :

I : testicule à droite non modifié (T) ; ovotestis à gauche ; pas de canaux de Müller.

II : testicule réduit à droite (T); ovotestis à gauche ; vestiges de canaux de Müller r (c.M.).

III : testicule réduit à droite (T) ; ovotestis à gauche : canal de Müller gauche presque complet (c. M.) ; vestigial, à droite.

IV: testicule réduit à droite (T) ; ovaire à gauche (Ov.) ; canal de Müller gauche complet (c. M.).

 

Étienne Wolff reconnaît qu'il lui a été difficile de distinguer les mâles intersexués de type IV des femelles. Seule la taille plus importante du testicule droit désignait un mâle.

 

Expérimentant le diéthylstilboestrol* (D.E.S.), une autre hormone artificielle féminisante, Étienne Wolff a obtenu des effets comparables**.

 

*J'ai pu obtenir, avec mes étudiants, en travaux pratiques dirigés, des intersexués en immergeant 20 secondes des œufs de poule, au 4^e jour d'incubation, dans une solution alcoolique de D.E.S. (100 mg dans 100 ml). Dans la plupart des cas, les canaux de Müller étaient hypertrophiés.

 

** Cette hormone, prescrite, dans les années 1950 à 1970, à des femmes enceintes, sujettes à des fausses-couches, a été la source de tumeurs ou de stérilité chez leurs filles après la puberté. Elle a été interdite en France en 1977.

 

Ainsi étaient démontrées les principales et les plus spectaculaires propriétés morphogènes des hormones femelles. Pourtant la régression des canaux de Müller (oviductes) chez le mâle et la dissymétrie chez les femelles n'étaient pas expliquées.

 

Des décennies plus tard, en 1953, Alfred Jost a mis en évidence une hormone anti-Müllérienne synthétisée par les cellules de Sertoli chez le mâle ; cette glycoprotéine fait régresser les canaux de Müller. Les canaux de Wolff, futurs canaux déférents, quant à eux, sont sous le contrôle de la testostérone.

 

Évolution des intersexués après l'éclosion :

 

— Les glandes génitales reprennent une structure testiculaire ;

— Les conduits génitaux modifiés n'évoluent pas.

 

Effets paradoxaux des hormones mâles :

 

Sous l'action de l'androstènedione, on constate une forte régression des canaux de Müller chez les embryons femelles et une dilatation des canaux de Wolff dans les deux sexes.

 

Chez les mâles, l'androstènedione transforme le testicule gauche en ovotestis, et maintient une partie des canaux de Müller.

 

On en conclut, sans en comprendre la cause, à une action paradoxale des hormones mâles : elles masculinisent les femelles et féminisent les mâles.

 

Étienne Wolff, dubitatif, pense que les hormones mâles d'oiseaux diffèrent légèrement de celles utilisées dans les expériences.

 

LES CULTURES D'ORGANES IN VITRO

 

Étienne Wolff et son école ont obtenu in vitro, dans des milieux nutritifs appropriés, la survie et le développement d'ébauches d'organes prélevées sur de jeunes embryons de poulet. « C'est en quelque sorte la contrepartie des expériences sur les monstruosités » nous dit-il. Ainsi furent « cultivés » des glandes génitales, des spermiductes, des oviductes, des gonades, et même la syrinx (l'équivalent du larynx des Mammifères).

 

Dans chaque situation, le rôle des hormones sexuelles est confirmé.

 

C'est avec la culture d'ébauches embryonnaires de membres de poulet intactes, partielles ou greffées qu'Étienne Wolff démontre d'une part, la régulation des excédents et d'autre part, l'expression de potentialités ancestrales présentes, par exemple, chez l'Archaeopteryx. Ce qu'Étienne Wolff traduit par un accès inattendu à «la paléontologie expérimentale » car « in vitro veritas !».

 

Nous n'oublierons pas de mentionner l'intérêt qu'il a porté sur le cancer en cultivant des tumeurs et en confiant, pour l'approfondir, ce sujet à ses collaborateurs.

 

D'autres disciples de l'école Wolff, à Clermont-Ferrand et à Besançon par exemple, ont étudié in vitro, les interactions entre l'ectoderme et le mésoderme lors de la différenciation de la glande uropygienne (croupion) du canard (Lucien Gomot 1959) ou de la glande mammaire du lapin (Alain Propper 1969). La différenciation de bourgeons mammaires a même été obtenue par Propper (1973) dans de l'épiderme de poulet associé à du mésenchyme mammaire de lapin, prouvant ainsi le puissant pouvoir inducteur de ce tissu. [Des esprits malicieux parlaient même d'une possibilité de « lait de poule » !]

 

LES CHIMÈRES

 

Parmi ses essais spectaculaires, nous devons mentionner « les trois pattes pour un canard », monstruosité obtenue par Étienne Wolff à l'aide d'une greffe, qui lui a inspiré, en 1990, le titre de son ouvrage-testament.

 

C'est la sérendipité « au détour d'un travail sur le foie » qui a procuré à Nicole Le Douarin, sa collaboratrice, un marqueur naturel facile à repérer dans les cellules de caille : la présence d'un volumineux nucléole. Dans les chimères associant des cellules de caille et de poulet, provenant de différents territoires, ce marqueur assure la traçabilité des migrations cellulaires. Nicole Le Douarin* a obtenu des résultats de première importance dans l'organogenèse embryonnaire et sur les cellules souches qui l'ont placée récemment parmi les nobélisables. On lui doit, entre autres, des chimères de poulet avec des ailes de caille. Son ouvrage chez Robert Laffont « Dans le secret des êtres vivants. Itinéraire d'une biologiste » nous fait revivre son cheminement et la portée de ses travaux, qu'elle est venue présenter à l'Académie des Sciences, Belles lettres et Arts de Besançon en 2012. C'est le plus bel hommage qu'elle pouvait rendre à son maître, le professeur Wolff.

 

Par ses travaux originaux, ses innovations techniques, ses résultats obtenus sur les embryons de poulet, le professeur Étienne Wolff a inscrit son nom parmi les embryologistes de premier plan du XX^e siècle.

 

Dans des circonstances tragiques parfois, il a maintenu le cap, assumant l'héritage de ses maîtres, se l'appropriant, l'enrichissant et le transmettant à ses disciples.

 

Dans l'éloge funèbre qu'il a prononcé lors des obsèques d'Étienne Wolff, le professeur David soulignait combien il « était animé par le désir de pénétrer le vivant par l'expérimentation », mais en tant que naturaliste « qu'il n'a cessé de demander le respect du vivant ». Jean Rostand rappelait, sous la coupole, la sagesse de ce nouvel Académicien, qui, doté du redoutable pouvoir de modifier le vivant, confiait, désabusé : « il est permis d'espérer un peu et de craindre beaucoup. »

 

Nous avons voulu rappeler les principaux résultats de ses recherches innovantes et les perspectives qu'elles ont ouvertes. Son laboratoire, ses élèves, ses disciples bénéficient de l'exemple qu'il a donné, et ont, à leur manière, avec les techniques modernes, prolongé, complété, les paradigmes qu'il avait pressentis ou définis.

 

En dernier lieu, nous dirons, comme Jean Rostand, qu'Étienne Wolff, « s'est toujours tenu à égale distance d'un finalisme désuet et d'un mécanisme systématique » écartant la tentation de la téléonomie et de l'entéléchie aristotélicienne.

 

Sa rigueur, sa détermination, sa modestie ont inspiré le respect et devraient nous servir encore d'exemple, vingt ans après sa disparition.

 

Dans un commentaire confidentiel, il exprimait son doute permanent qui traduit le sentiment qu'il avait de l'immense mystère qu'il n'avait fait qu'effleurer : « Il nous semble qu'il restera toujours, derrière les solutions acquises, une part d'inexpliqué qui tient à la nature même du problème, et qui ne peut être résolu sur le plan matériel.»

 

Lexique : Liste de la plupart des termes employés

en tératologie animale et humaine :

 

anencéphale = pas de tête ; bec-de-lièvre = fissures faciales et palatines ;

cyclocéphale = yeux rapprochés ;

cyclope : un œil impair ;

déradelphe = une tête, deux troncs, quatre paires de membres ;

dérodyme = deux têtes, deux colonnes vertébrales, deux jambes ;

ectromèle = absence de un ou plusieurs membres ;

hétéradelphe = une tête, huit membres ;

janiceps = fusion de jumeaux face à face ;

omphalocéphale = viscères dans la tête réduite ;

opodyme = une tête, deux nez, quatre yeux ;

otocéphale = oreilles au niveau du menton ;

phocomèle = ni bras, ni avant-bras ;

sternopage = soudure de jumeaux par le sternum ;

symèle = un seul membre postérieur, dix doigts ;

thoracopage = soudure de jumeaux par le thorax.

 

 

 

BIBLIOGRAPHIE :

 

GOMOT Lucien : « Interaction ectoderme-mésoderme dans la formation des invaginations uropygiennes des Oiseaux. » J. Embryol. exp. Morph., vol. 6, pp 162-170, 1958.

 

LE DOUARIN Nicole : « Des chimères, des clones et des gènes. » Éd. Odile Jacob, 2000.

 

LE DOUARIN Nicole : « Dans le secret des êtres vivants. Itinéraire d'une biologiste. » Éd. Robert Laffont, 488 p., 2012.

 

LUTZ Hubert : « Sur la production expérimentale de la polyembryonie et de la monstruosité double chez les Oiseaux. » Arch. Anat. micr., 79, pp 79-144, 1949.

 

PROPPER Alain and GOMOT Lucien : « Control of chick epidermis differentiation by rabbit mammary mesenchyme." Experientia, vol. 29, Issue 12, pp 1543-1544, 1973.

 

WOLFF Étienne et GINGLINGER Albert : « Sur la production expérimentale d'intersexués par l'injection de folliculine à l'embryon de Poulet.» C.R. Acad. Sc. t. 200, p. 2118,1935.

 

WOLFF Étienne : « Les bases de la tératogenèse expérimentale des Vertébrés Amniotes d'après les résultats des méthodes directes. » Arch. Anat. Hist. Embr. t. 22, pp. 1-382 p., 1936.

 

WOLFF Étienne : « Les changements de sexe. », L'avenir de la science, n° 23, Éd. Gallimard, 306 p., 1946.

 

WOLFF Étienne : « La science des monstres. », L'avenir de la science, n° 27, Éd. Gallimard, 265 p., 1948.

 

WOLFF Étienne : « Trois pattes pour un canard. Souvenirs d'un biologiste ». Éd. de la Fondation Singer-Polignac. 201 p. 1990.