Prof. KielarPartie 1


L. DV.
Ces cartes d'apprentissage couvrent le développement du système nerveux humain à un niveau universitaire, en se concentrant sur des concepts clés comme la croissance des neurones, la migration neuronale, et la formation des synapses. Elles explorent des éléments tels que les facteurs de guidage des axones, les molécules de signalisation, et les différents types de cellules et tissus impliqués. Ce fichier d'apprentissage est particulièrement utile pour les étudiants en médecine ou en pharmacie, leur offrant une compréhension approfondie des processus embryologiques complexes qui sous-tendent le développement du système nerveux.
Karten
117
Lernende
1
Sprache
Französisch
Kategorie
Medizin/Pharmazie
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
21.02.2024 / 21.02.2024

Cartes-fiches

Migration nucléaire intercinétique:

Lors de la division cellulaire, la position du noyau évolue en fonction du cycle mitotique selon 4 phases:

  • Phase G1: le noyau proche de la zone ventriculaire, monte vers la surface
  • Phase S: la cellule fait alors sa réplication d’ADN au contact de la surface piale (membrane limitante externe)
  • Phase G2: le noyau redescend vers la zone ventriculaire et se prépare pour la mitose
  • Phase M: au contact de la zone ventriculaire (membrane limitante interne), il y a mitose (division cellulaire). En même temps, la cellule neuroépithéliale s'arrondit et rétracte ses projections de la zone ventriculaire.

Remarque: les phases hors mitose, c’est-à-dire G1, S et G2 sont également regroupées sous un terme commun, «interphase».

Neuroépithélium: qu'est ce qu'il se passe après la division cellulaire?

les cellules filles s'allongent à nouveau, et le cycle recommence, formant ainsi une matrice épithéliale de plus en plus dense.

Histologie du tissu nerveux

En plus de neurones, les cellules gliales de différents types assurent plusieurs fonctions de soutien/survie et de modulation de l’activité des neurones.

Différenciation cellulaire: Il y a 2 origines pour l’ensemble des cellules qui composent le tissu nerveux:

  • Les Neurones et les cellules gliales (ou glie) ont pour origine le tissu nerveux (B)
  • Les microglies ont une origine mésoblastique (C)

Les cellules issues des progéniteurs du tissu nerveux (zone ventriculaire) donnent naissance aux..?

neurones puis dans un deuxième temps, aux glies, c’est-à-dire astrocytes et oligodendrocytes

Histologie du tissu nerveux: Le mésenchyme contribue à la différentiation des cellules..?

microgliales, cellules qui pénètrent secondairement dans le tissu nerveux et assurent les réponses aux stimulations inflammatoires.

Prolifération cellulaire séquentielle: Au début de la formation du tube neural, les cellules qui le composent sont des progéniteurs appelé..?

cellules neuroépithéliales, qui vont se diviser pour s’amplifier : on parle de croissance ou de prolifération cellulaire.

Progressivement, ces progéniteurs vont donner d’autres types cellulaires, c’est-à-dire des neurones et plus tard encore des cellules gliales (ou la glie) qui formeront le futur parenchyme (ou contenu cellulaire cérébral).

mécanisme cellulaire de la migration neuronale: 

La prolifération cellulaire ne donne pas tous les types cellulaires en même temps, tout est organisé selon des séquences temporelles bien précises :

  • 1) La prolifération du pool de précurseurs : cellules neuroépithéliales
  • 2) Le neurogénèse : production de neurones
  • 3) La gliogénèse : production de cellules gliales qui apparaissent vers la fin de la neurogénèse

où se situent les astrocytes protoplasmiques?

dans la substance grise (cortex, noyau)

où se situent les astrocytes fibreux?

dans la substance blanche (matière blanche: faisceaux d'axones)

Polarisation dorso-ventral

Alors que la polarité antéropostérieure est déterminée au stade de plaque neurale, la polarité dorsoventrale est établie plus tardivement. Le pôle dorsal et le pôle ventral du tube neural sécrètent des molécules qui, par diffusion, forment un gradient le long de l’axe dorso-ventral; ceci sert de signal pour la différentiation neuronale et la croissance axonale par chimiotactisme.

Quelles molécules influencent le positionnement des circuits du système nerveux central entre les régions dorsale et ventrale?

  • Sonic Hedghog (SHH) : facteur ventralisant sécrété par la notochorde et les cellules du plancher du tube neural ou partie basilaire = donne la future région motrice.
  • TGF-β (BMP) et Wnt (Wingless-related integration sites) : facteurs dorsalisants sécrétés par les cellules du toit du tube neural ou partie alaire = donne la future région sensitive

Que va induire la glycoprotéine SHH?

 la répression des gènes dorsalisants tels que PAX 3 et PAX 7 et permettre ainsi la différenciation des futurs neurones moteurs.

qu'est ce qu'il constitue le territoire dorsal?

futures lames alaires sensitives, dont la dorsalisation est faite par l'activation d'une cascade de facteurs de croissance de la famille des TGF-β (dorsaline, activine, BMP4), ainsi que Wnts.

Ces facteurs sont responsables de l'expression de gènes dorsalisants notamment PAX 3 et HOX 7 (msx1).

Polarisation rostro-caudale

Durant la gastrulation, dans la partie antérieure du tube neural, à l’origine de l’encéphale, l’expression régionale de facteurs de transcription délimite des territoires qui segmentent les vésicules en bandes, déterminant le phénotype des neurones formant les différents cortex et noyaux dans le cerveau.

Mécanismes moléculaires de segmentation : Polarisation rostro-caudale

Au niveau cérébral, il y a 3 centres organisateurs...

  • Pli neural antérieur (ou crête neurale antérieur) au pôle antérieur du télencéphale sécrète du Fgf-8
  • Zone limitante intrathalamique se situe au milieu du diencéphale et sépare le préthalamus crânialement du thalamus caudalement, elle sécrète Fgf-8 et SHH
  • Isthme (ou organisateur isthmique) sépare le mésencéphale du métencéphale et sécrète des facteurs tels que Fgf-8 et Wnt.

La différenciation du tube neural s'accompagne d'une modulation de l'expression génique dans la notochorde, la plaque préchordale, l'organisateur isthmique et dans le tube neural:

-Au niveau du prosencéphale - où il n'y pas de notochorde - c'est la...?

plaque préchordale qui joue le rôle d'inducteur avec l'expression de facteurs de transcription tels que Emx (empty spiracle), Lim et Otx (orthodenticle).

La différenciation du tube neural s'accompagne d'une modulation de l'expression génique dans la notochorde, la plaque préchordale, l'organisateur isthmique et dans le tube neural:

-En revanche, au niveau du mésencéphale et du rhombencéphale, c'est la ..?

notochorde et le mésoblaste para-axial qui jouent ce rôle d'inducteurs

La différenciation du tube neural s'accompagne d'une modulation de l'expression génique dans la notochorde, la plaque préchordale, l'organisateur isthmique et dans le tube neural

-Le développement de la partie postérieure du tube neural dépend de la présence..?

d'autres facteurs tels que les FGFs (fibroblast growth factors) ainsi que de l'expression des gènes Hox, cdx et de l'acide rétinoïque

La différenciation du tube neural s'accompagne d'une modulation de l'expression génique dans la notochorde, la plaque préchordale, l'organisateur isthmique et dans le tube neural

-Enfin, l'organisateur isthmique est un élément important de la..?

segmentation antéropostérieure du cerveau. Il exprime notamment des facteurs de croissance tels que FGF et Wnt et EN (engrailed).

Une souris knock-out Wnt et EN présentent des anomalies du développement du mésencéphale et du cervelet.

qu'est ce que c'est un morphogène?

c'est une molécule de signal qui diffuse selon un gradient de concentration et qui a des effets différents sur les cellules embryonnaires en formation et en fonction de sa concentration.

la neurogénèse est identique dans la moelle spinale et le cortex cérébral, à l’exception de la localisation de la substance blanche (axones des neurons et glie) :

  • Cortex cérébral : substance blanche est située en profondeur
  • Moelle spinale : substance blanche est située en périphérie

Migration neuronale

Il existe 2 types de migration neuronale dans le système nerveux central:

  • la migration radiaire correspond au déplacement du neurone le long d’une cellule gliale radiaire de la profondeur vers la surface (à la façon d’un rayon de roue de vélo), plutôt à la verticale
  • la migration tangentielle correspond au déplacement de neurones empruntant des voies de guidage en parallèle (de façon tangente) à l’organe, plutôt à l’horizontal.

Migration neuronale

Dans le cortex cérébral:

Les deux modes de migration ont lieu: la migration radiaire est suivie par les neurones principaux (excitateurs, ex: glutamatergiques). L’empilement des neurones qui se déplacent jusqu’à la limite piale de la zone marginale assure la formation des couches neuronales du cortex cérébral.

Par contre, les interneurones (GABAergiques) issus de l’étage ventral du télencéphale, suivent une trajectoire tangentielle puis ils atteignent le cortex pour se distribuer dans les couches corticales entre les neurones principaux.

Migration neuronale

Dans la moelle épinière:

La migration est de type radiaire. Les neurones interrompent leur migration en profondeur dans la zone du manteau où ils se regroupent dans des noyaux (groupement compact de corps cellulaires des neurones), laissant une bande de matière blanche en périphérie, à la surface du SNC. Les zones prolifératrices dorsales ou ventrales donnent naissance à des noyaux dorsaux ou ventraux chacun avec des fonctions et des connexions différentes.

Mécanisme cellulaire de la migration neuronale:

La migration de la cellule se décompose en plusieurs phases principales:

  • 1) Le processus principal avec le centrosome et l’appareil de golgi est orienté dans la direction de déplacement de la cellule.
  • 2) Le centrosome et l’appareil de golgi s’allongent et se fixent sur les microtubules.
  • 3) Le noyau est entouré par les microtubules qui se réunissent au niveau du centrosome.
  • 4) Le raccourcissement des microtubules permet l’avancement du noyau, qui est aussi soutenu par la poussée des moteurs de type myosine II.

Croissance des neurites

Au terme de la migration du corps cellulaire du neurone dans le territoire qu’il occupera dans le cerveau adulte, le neurone forme rapidement deux types de prolongements qui sont les dendrites et l’axone. Ce dernier est le premier neurite à se développer à partir du bourgeonnement initial (flèche noire) puis du processus de polarisation du neurone (axone marqué par la flèche rouge).

Le neurone, comme la cellule épithéliale, est une cellule polarisée où le trafic différencié des protéines le long du cytosquelette en direction des dendrites ou de l’axone, nécessite des kynésines et dynéines spécifiques (moteurs moléculaires du traffic protéique interne de la cellule). Tout ceci est possible grâce au dynamisme du cytosquelette (microtubules et filaments d’actine) offrant une grande mobilité.

Cône de croissance

A l’extrémité de l’axone en croissance, un élargissement de la membrane forme le cône de croissance qui contient un réseau de filaments d’actine qui ont une grande mobilité.

Les cônes de croissance contiennent un certain nombre de composants cytosquelettiques organisés en trois régions :

  • le domaine périphérique (P) = faisceaux de filaments d'actine unipolaires intégrés dans un réseau d'actine moins polaire, il contient des lamellipodes et des filopodes dynamiques et des microtubules de manière transitoire.
  • le domaine transitionnel (T) = fine interface entre les domaines P et C.
  • le domaine central (C) = situé au centre du cône de croissance, il est principalement composé de microtubules et contient de nombreux organites et des vésicules (grand traffic cellulaire).

Les récepteurs attachés à la membrane du cône de croissance modifient..

la polymérisation de ces filaments. 

La croissance du cône est augmentée en direction de la..?

source d’une molécule attractive, ce qui fait tourner l’axone en direction de la source moléculaire.

C’est l’inverse pour les molécules répulsives.

Facteurs de guidage des axons & Adhésion cellulaire

Pendant son développement, un axone exprime des récepteurs qui détectent des..?

molécules qui sont diffuses dans le milieu extracellulaire, distibuées en gradient ou à la surface de cellules (contact) et qui servent de support ou de barrière à la croissance axonale.

Facteurs de guidage des axons & Adhésion cellulaire

-la molécule de guidage

Ces molécules assurent la bonne direction de croissance des axones vers leur cible qui est à distance du neurone d’origine. Les molécules sont exprimées souvent de manière transitoire, en même temps que les axones poussent dans le cerveau ou dans la moelle spinale pour former les voies nerveuses de connexions.

Une mutation qui empêche l’expression du récepteur ou de la molécule de guidage se traduit par la formation de connexions aberrantes.

Les molécules de guidage appartiennent à quatre grande familles moléculaires (nétrines, slits, sémaphorines, éphrines, …), qui ont des récepteurs spécifiques qui provoquent une attraction (accumulation des filipodia dans la direction de la source du facteur) ou une répulsion (dépolymérisation de l’actine en réponse à la détection du signal).

Facteurs de guidage des axons & Adhésion cellulaire:

L’axone (l’élément pré-synaptique), va contacter l’élément post-synaptique (dendrite) pour former une synapse. Ce processus nécessite l’expression de facteur

d’adhésion cellulaire complémentaire entre la membrane de l’élément pré-synaptique et celle de l’élément post-synaptique. Il existe plusieurs grandes familles dont voici deux exemples les cadhérines et les immunoglobulines (intéractions homophiliques = entre éléments de la même famille; il existe d’autres facteurs d’adhésion cellulaire tels que les intégrines qui ont des interactions hétérophiliques = entre éléments de familles différentes).

Synapses cérébrales

Le schéma ci-dessous récapitule la variété des différents types de synapse possible au sein du système nerveux central (à ne pas confondre avec les synapses du système nerveux périphérique : la jonction neuro-musculaire au niveau du muscle squelettique ou la synapse « en passant » au niveau des viscères).

voir image

Synapses cérébrales:

La vision classique de connexion synaptique entre deux neurones est de faire synapse sur..?

l’épine dendritique d’un autre neurone.

Cependant, cette vision simpliste met de côté toutes les autres possibilités de connexions, où en réalité, un axone peut se connecter n’importe où, sur la surface d’un neurone adjacent (soma, dendrites, axone…). 

Synapses cérébrales

Un axone peut également directement se connecter sur..?

un vaisseau sanguin pour libérer des molécules, c’est le cas des neurones des noyaux de l’hypothalamus(diencéphale) vers le système porte de l’hypophyse.

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