Croissance et guidage axonal - Cours 5 Flashcards
Comment peut-on étudier la complexité du système nerveux simplement ?
Sur :
L’embryon de poulet, souris, sauterelle, grenouille
Tissu embryonnaire en culture
Larve de poisson-zèbre
Nématode, drosophile
In vitro ou in vivo
Donnez un exemple d’étude simple sur le système nerveux
Étudier la mise en place du tissage neuronal chez des animaux plus simples (poisson-zèbre, nématode)
Quels sont les concepts expliquant le mouvement des axones?
1- Le concept de différentes vagues de croissance axonale
2- Le concept de cellules de guidage (guidepost cells)
3- Le concept de signaux de guidage (guidance cues) dans le milieu environnemental
4- L’axone doit avoir des capacités sensorielles (détecter et intégrer) et des capacités motrices (pour être capable d’avancer et se (ré-)orienter)
5- Le cône de croissance : la “tête pensante” de l’axone
Expliquez le concept de différentes vagues de croissance axonale
Il est possible de suivre la croissance des tous premiers axones, puis des suivants durant le développement embryonnaire
Un axone pionnier va doucement et est le premier qui part. Il fait les premiers faisceaux atonaux, puis les axones suiveurs le suivent
Expliquez le concept de signaux de guidage (guidance cues) dans le milieu environnemental
Pas seulement des cellules qui envoient des signaux
Il y a des signaux partit, différentes sortes, dans le milieu environnemental de l’axone (attraction et répulsion)
Expliquez le concept de cellules de guidage (guidepost cells)
Ce n’est pas seulement la cible finale des axones qui fait des grands signaux, il y a des étapes avant d’y arriver, où il faut absolument passer
Expliquez le concept selon lequel l’axone doit avoir des capacités sensorielles (détecter et intégrer) et des capacités motrices (pour être capable d’avancer et se (ré-)orienter)
-Divers signaux/panneaux sur leur chemins/routes
-Signaux positifs et négatifs, nécessite une capacité d’intégration
-Nécessite des capacités sensorielles + motrices
-Besoin d’une orientation générale
-Ne nécessite pas de connaître tous les détails du chemin dès le départ
Expliquez le concept du cône de croissance : la “tête pensante” de l’axone
La partie la plus distale de l’axone et du corps cellulaire
Capte les signaux
Une fois l’axone partie, même si l’on coupe sa liaison avec le corps cellulaire, l’axone continue
Démontre alors que les sensations et la motricité est surtout chez l’axone
Comment a étée fait la découverte des cônes de croissance?
Première description : Ramon y Cajal
Ils observent des axones (chez l’embryon de poulet) qui s’orientent et décrit les cônes de croissances comme la structure discale dynamique des axones de croissance
Harrison :
Il observe (sur tube neural embryonnaire en culture) cônes de croissance en temps réel sur coupe vivante et observent des filopodes qui semblent sonder l’environnement
Il observe leur réponse face à des obstacles et comment ils s’adaptent à ce qu’ils rencontrent
Quels sont les deux “structures” du cône de croissance ?
“Bosses” = Filopodia
“Creux” = Lamellopodia
Quelles sont les différences entre les axones pionniers et suiveurs?
La morphologie des cônes de croissances d’axones pionniers est plus complexe que celle d’axones suiveurs
La complexité morphologique des cônes de croissance s’adapte au chemin qui doit être emprunté
Elle augmente dans des régions possédant de nombreuses options de cheminement et elle diminue lors des trajets à suivre déjà définis
Comment caractérisons-nous la morphologie des axones pionniers?
Dynamique et adaptative :
Lorsque droit, reste épais et ne fait pas de division
Lorsque confronté à un choix, ralenti et se complexifie pour savoir le bon chemin
Par où se fait la croissance des axones?
Croissance distale importante
Croissance interstitielle mineure
Par rapport aux corps cellulaire
Quelles sont les zones du cône de croissance?
3 domaines/zones distinctes en composition et en fonction :
-Domaine central (C)
-Zone transitionnelle (T)
-Domaine périphérique (P)
Comment est le cytosquelette dans les zones du cône de croissance?
Le cytosquelette de chaque domaine est spécifique :
L’actinie est concentrée dans le domaine P alors que les mcirotubules sont concentrés dans le domaine C
Décrivez en détail le cytosquelette du domaine P
Actine filamenteuse assemblée (F-actin bundles) + quelques microtubules dynamiques
Décrivez en détail le cytosquelette du domaine C
Nombreux microtubules assemblés et stables provenant de l’axone lui-même
Décrivez en détail le cytosquelette de la zone T
Arcs d’actine (positionnés perpendiculairement aux filaments d’actine du domaine P) + myosine donnant la forme au cône
Quelles sont les molécules du cytosquelette impliquées dans le mouvement cellulaire?
Actine
Tubuline
Myosine (très dynamique)
Comment le cytosquelette est-il dynamique?
Dans le domaine P, les filaments d’actine et les microtubules s’allongent vers l’extérieur et raccourcissent vers l’intérieur
La croissance des filaments et microtubules peut être modulée par la régulation de ces procédés
Qu’est-ce qui est important pour la navigation du cône?
Le guidage de l’actine
Nommez un agent dépolymérisant de l’actine
Cytochalasin
Grâce à quoi le cône de croissance avance et tourne?
Grâce à son cytosquelette
Quelles sont les 3 étapes de la progression du cône de croissance?
1- La protrusion, pendant laquelle les filopodes et le lamellipode (le domaine P) avancent sur le substrat
2- L’engorgement, lors duquel le domaine C rattrape le domaine P (si on aime le substrat)
3- La consolidation, reformation des arcs d’actine du domaine T et rétraction des filopodes laissés derrière
Quel est le rôle moteur de la myosine?
Le flux rétrograde d’actine au niveau du cône de croissance (important pour son avancement)
Comment un flux rétrograde d’actine permet au cône d’avancer (nom du modèle)?
Le modèle de l’embrayage moléculaire (molecular clutch)
Expliquez le modèle de l’embrayage moléculaire (molecular clutch)
La myosine tire toujours sur l’actinie de manière rétrograde, ce qui l’empêche d’avancer
Le substrat se lie avec le cytosquelette de la lamellipodes grâce à des protéines, interaction physique
En faisant cela, la myosine qui tire sur l’actinie va être avancée sur l’actine en mouvement, apportant tout le cône de croissance avec elle
Cela se fait à chaque filopode
Vrai ou faux?
Un seul filopode est incapble de rediriger le cône de croissance
Faux
Il suffit d’un filopode qui a une affinité au substrat pour faire la protrusion du cône de croissance en entier
En résumé, comment grâce à quoi est orienté le cône de croissance?
L’actine et les microtubules travaillent de pair pour orienter le cône de croissance, grâce à un cytosquelette dynamique
Si on perd ce dynamisme, on enlève la capacité motrice et sensible du cône de croissance
La polymérisation d’actine dans les filopodes, la stabilité des microtubules dans le domaine P et l’intégrité des microtubules dans le domaine P influencent la croissance et l’orientation du cône de croissance
Que sont les molécules de guidages? Quel est leur effet?
-Un très grand nombre de familles de molécules régule la croissance ou le guidage des axones
-Différents types de signaux : attractifs ou répulsifs
-Les cônes de croissances répondent à une combinaison simultanée ou séquentielle de signaux
-Plusieurs ligands et récepteurs par famille
-La réponse d’un cône de croissance à une seule molécule peut varier selon le type de neurone, ou même selon l’état/maturité du même neurone
Les cônes de croissances ont la capacité de sonder leur environnement et à faire des choix selon les substrats, basés sur quoi?
Basés sur des signaux chimiques et facteurs mécaniques qui :
-Démarquent le “chemin”
-Sont des molécules de la matrice extracellulaire
-Sont des molécules sur les axones voisins ou cellules voisines
Qu’est-ce qu’implique le guidage des axones?
Des substrats et des molécules diffusibles pouvant être répulsives ou attractives
Quels sont les signaux chimiques et facteurs mécaniques qui guide les axones?
-Facteurs mécaniques :
1- In vitro, les axones suivent les brisures du collagène séché (demande moins d’énergie)
2- In vivo, les axones peuvent suivre un substrat artificiel adhésif pour reformer un corps calleux, après une lésion
-L’adhésion du substrat :
1- In vivo, les cône de croissance préfèrent suivre les substrats les plus adhérents
Comment agit le cône de croissance selon son adhésion au substrat?
-Un cône de croissance s’aplatit, s’étend (filopodes) et ralentit sur un substrat adhérent
-Un cône de croissance s’épaissit, diminue les contacts et avance rapidement sur un substrat non-adhérent
Comment testons-nous si un axone “aime” un substrat? Quelles conclusions pouvons-nous en tirer?
1- Test d’adhésion : Temps nécessaire pour être capable de décoller l’axone du substrat
2- Test de croissance : Temps nécessaire à l’axone d’arriver à une destination sur le substrat
Conclusions :
1- La croissance des axones sur les substrats plus adhésifs est plus letne
2- Différents types de neurones ont différents profils d’adhésion
Par quoi est finement régulée la croissance des axones?
1- L’adhésion du substrat
2- La capacité d’attache et de détachement de l’axone
Quelles sont les molécules d’adhésion des substrats?
1- Matrice extracellulaire (MEC) : laminine, fibronectine, collagène, vitronectine
2- Molécules membranaires : Différentes familles de molécules d’adhésion (intégrines, CAMs et cadhérines)
- Les molécules membranaires peuvent interagir entre elles de façon homo ou hétérophile. Elles peuvent aussi interagir spécifiquement avec des molécules de la MEC
Que permet une expression dynamique des molécules d’adhésion?
Permet aux axones de modifier leurs préférences de substrats
Comment se nomme l’adhésion d’axones en faisceau(x)?
La fasciculation
Par quoi est fait la fasciculation?
Les contacts homophones entre CAMs (cell adhesion molecules) permet la fasciculation de fibres axonales
FasciclinII (Fas II = CAM) joue un rôle dans la fasciculation chez la drosophile
Les faisceaux axonaux sont perturbés chez des mutants fasII -/-
Qu’est-ce qui inhibe la capacité des axones commissuraux à traverser la ligne médiane?
Des anticorps qui bloquent l’interaction entre les CAMs TAG1 (axones) et NrCAM (plaque ventrale)
Comment modifient-on la propriété adhésive de la molécule CAM?
NCAM (un CAM ubiquitaire) est modifié par l’ajout de molécules d’acide salique sur sa partie extracellulaire
L’ajout de molécules d’acide sialique diminue l’adhésion homophilique de NCAM
Le niveau de sialylation varie selon le développement d’un neurone
Quelles axones sont très sialylés?
Les axones des neurones moteurs ou sensoriels qui émergent de la moelle épinière
Qu’est ce qu’induit l’élimination de l’acide sialique? Avec quelle enzyme?
Avec l’enzyme Endo-N
Induit une trop grande fasciculation des motoneurones qui ne peuvent plus atteindre leur cible précise
Qu’est-ce que l’hypothèse “labeled pathways”?
Les axones pionniers expriment des CAMs particulières qui guident les axones suivants
Une expression dynamique des CAMs sur les axones permet une signalisation complexe et variée
Décrivez la chimiotaxie
Phénomène par lequel une cellule/organisme dirige ses mouvements en fonction de certaines espèces chimiques présentes dans l’environnement
C’est le procédé par lequel les cônes de croissances peuvent détecter des gradients de molécules diffusibles
Donnez un exemple in vitro de chimiotaxie
Gradient diffusible de Nerve Growth Factor (NGF)
Observation : plus de filopodes dans la direction de NGF, ce qui indique un effet sur le cytosquelette
Interprétation : le NGF influence positivement la croissance axonale et influence/attire l’orientation du cône
Donnez un exemple in vitro où les tissus cibles des neurones secrètes des facteurs chimiotactiques
La projection des neurones sensoriels qui innervent les vibrisses chez l’embryon de souris
Observation : les neurones placés sur un gel 3D de collagène en présence de différents tissus, migrent vers leur tissu de destination
Interprétation : il existe un/des agent(s) chimiotactique(s) diffusé(s) par la cible spécifiquement
Par quoi sont sécrétés les facteurs chimiotactiques?
1- Par les tissus cibles des neurones
“À longue portée”
2- Facteurs locaux “en chemin”
En quoi sont importants les facteurs chimiotactiques qui proviennent des cibles des axones?
Ils sont probablement importants pour les dernières étapes de guidage
Des manipulations dans les embryons suggèrent que les axones sont initialement guidés par des signaux locaux
Que sont les gènes hox (homebox)?
Des facteurs de transcriptions qui régulent l’identité des neuromères le long de l’axe antéro-postérieur
Colinéarité : L’ordre dans lequel les gènes hox sont disposés sur le chromosome (3’>5’) suit la même organisation que leur expression le long de l’axe antéro-postérieur dans l’embryon
Par quoi est controlé l’expression des signaux locaux?
Probalement par des facteurs homéotiques (hox
Autre les facteurs Hox, qu’est-ce qui joue aussi un rôle dans le guidage des axones?
Les gradients de facteurs impliqués dans la régionalisation du système nerveux (morphogènes) : Wnt, BMP, Shh
Qu’est-ce qu’active les gènes hox (homebox)?
Ce sont des “master regulators” qui activent un code transcriptionnel spécifique
Quel est le code transcriptionnel?
1- Combinaison d’expression de gènes Hox
2- Expression d’une panoplie de facteurs de transcriptions
3- Expression spécifique de gènes de différentiation
4- Identité cellulaire/tissulaire
Que sont les morphogènes?
Des molécules de signalisation influençant le devenir des cellules en fonction de leur emplacement
Se sont des facteurs extrinsèques qui contrôlent l’expression des gènes Hox (facteurs intrinsèques), qui activent à leur tour un code transcriptionnel
Que fait les différences de concentration d’un morphogène par diffusion?
Des différences de concentration d’un morphogène par diffusion permettent à des cellules initialement identiques d’avoir des destins différents
Il existe des seuils de lecture qui activent des programmes génétiques différents (facteurs intrinsèques)
Vrai ou faux?
Le guidage axonal peut se faire par répulsion
Vrai
Qu’est-ce que l’effondrement du cône de croissance?
Rétraction des filopodes puis retrait du cône de croissance
Un seul filopode qui atteint un signal répulsif peut faire s’effondrer tout le cône
En quoi les signaux répulsifs sont nécessaire?
Pour limiter la croissance des axones à des zones spécifiques
Quels signaux répulsifs ont étés identifiés en observant le comportement “d’effondrement” de cônes face à différentes molécules?
Semaphorin
Neuropilin
Plexin (ancien nom : collapsin)
Comment l’interaction peut conduire à la répulsion?
1- Clivage protéolytique : Lors de l’interaction, protases vient cliver l’activation
2- Endocytose du couple ligand/récepteur
Qu’observons-nous chez le mutant neuropilin -/-?
Une surcroissance axonale
Comment un même facteur peut-il être attractif ou répulsif ?
1- Selon le récepteur exprimé au niveau de l’axone (c’est le couple Ligand/Récepteur qui définit le guidage)
2- Selon l’expression temporelle d’un récepteur sur l’axone
3- Selon la concentration intracellulaire en cAMP
Expliquez comment la concentration intracellulaire en cAMP fait en sorte qu’un même facteur peut être attractif ou répulsif
cAMP influence la polymérisation de l’actine
La concentration en cAMP peut changer dans le cône durant la croissance de l’axone
Qu’est-ce que le transduction du signal?
Désigne le mécanisme par lequel une cellule répond à l’information qu’elle reçoit, par des agents chimiques ou autres signaux. Elle commande une cascade de signaux secondaires, internes à la cellule ou externes, et des processus cellulaires internes
Comment les signaux de guidage mènent-ils à une restructuration du cytosquelette au niveau du cône de croissance?
-Les petites GTPases sont des intermédiaires importantes dans la régulation des dynamiques de l’actine (catalyse GTP + eau = GDP + Phos.)
-RhoA augmente la contraction de myosine et la dépolymérisation de l’actine
-Rac1 et CDc42 augmentent la polymérisation de l’actine
Selon quoi y’a-t-il une grande complexité de guidage?
-Le couple ligand/récepteur
-L’expression temporelle des récepteurs aux signaux
-L’activation de voies signalétiques moléculaires qui influe la dynamique du cytosquelette
Quel gène fait en sorte qu’un axone de croise pas la ligne médiane?
Comm
Commissureless
DCC + Netrin =
Attraction
Quel gène fait en sorte que l’axone fait plusieurs traversées des commissures?
Robo
Roundabout
Que doivent faire les axones des neurones commissuraux pour croiser la ligne médiane?
1- Être attiré par la ligne médiane
2- En être poussé après l’avoir traversé
Slit + Robo =
Répulsion
Expliquez comment se fait le croisement de la ligne médiane chez les invertébrés
1- Les neurones qui n’expriment pas Comm expriment le récepteur Robo au niveau du cône et répondent à la molécule répulsive Slit
2- Les neurones commissuraux expriment le récepteur DCC sont attirés par Netrin au niveau de la ligne médiane. Quand le récepteur DCC est activé, il active la transcription de Comm
3- Dans les neurones commissuraux qui expriment Comm, l’expression du récepteur Robo à la membrane est inhibé
4- Une fois la ligne médiane traversée, DCC ne peut plus activer l’expression de Comm. Le récepteur Robo est de nouveau exprimé et l’axone est répulsé par Slit au niveau de la ligne médiane
Slit + Robo1 =
Répulsion
Robo3A ___ Robo 1
Inhibe
Robo 1 ___ DCC
Inhibe
Expliquez comment se fait le croisement de la ligne médiane chez les vertébrés
1- Avant le croisement de la ligne médiane, les neurones expriment le transcrit Robo3A (ou 3.1) qui est capable d’inhiber l’expression de Robo1. Il n’y a donc pas de répulsion médiée par Slit et l’axone est attiré par la ligne médiane
2- Chez ces mêmes neurones, le couple DCC/netrin assure une attraction positive vers la ligne médiane
3- Après le passage de la ligne médiane, c’est un autre transcrit Robo3B (ou 3.2) qui est exprimé. Robo3B n’a donc pas d’effet sur l’expression de Robo1. Donc le couple Slit/Robo1 repousse l’axone de la ligne médiane
4- Robo1 fait baisser le niveau d’expression de DCC, donc on perd le pouvoir attractif du couple DCC/netrin
Comment, dans le chiasma optique, les axones décident d’aller à droite ou gauche?
Les axones croisant n’expriment pas EphB (non-repoussés)
Les axones qui ne croisent pas expriment EphB (repoussés)
Expliquez les étapes de la voie optique
1- Netrin-1 en ventral de la rétine (attractif) + Laminin sur la rétine = substrat positif
2- Netrin + Laminin –> Diminution locale d’AMPc à la rétine
3- Inhibition de l’attraction de Netrin-1 très localement à la rétine via PKA
4- Slit, Shh (répulsif) au chiasma optique
5- EphB/Ephrin (répulsif) au chiasma optique -> Décide si l’axone va à droite ou à gauche
6- Sema3A (répulsif) dans le début de la voie optique
7- FGF (la diminution signale l’entrée dans le tissu cible) près du tectum
8- Wnts/Ephs/Ephrines (déterminent la position finale pour créer la carte tectale) dans le tectum
En bref, résumez la voie optique
-Substrat adhésif : laminine sur la lame basale de rétine
-Modulation locale de la concentration intracellulaire en cAMP (switch local et réversible entre ATTRACTIF/RÉPULSIF)
-Substrat répulsif au niveau du chiasma et expression spécifique de EphB dans les axones à projection ipsilatérale
-Guidage par molécule diffusible répulsive pour remonter dorsalement
Par quoi est entourée et protégée la moelle épinière?
Par les os et les disques vertébraux
Que cause des traumatismes sur la moelle épinière?
Causent une désorganisation cellulaire massive au site de la lésion
-La destruction du tissu autour de la lésion produit des débris cellulaires (axones, dendrites, myéline des oligodendrocytes, astrocytes)
-Formation d’une cicatrice astrocytaire
-Inflammation qui augmente la perte cellulaire
Qu’est-ce qui empêche les neurones de régénérer leurs axones?
La myéline a un effet inhibiteur sur la croissance des neurones
Les neurones vont éviter de pousser sur les débris de myéline
Les cônes de croissance qui contactent les débris de myéline vont fondre et se rétracter
Vrai ou faux?
Les neurones du système nerveux central ont le potentiel de regénérer leurs axones
Vrai
Comment la myéline empêche la régénération d’axones?
-Au moins 3 des inhibiteurs dans la myéline sont des molécules qui se lient au récepteur Nogo-R (NgR)
-NgR se lie à un corécepteur p75
-La voie se signalisation de p75 stimule l’activation de la petite GTPase Rho
-Molécules qui activent Rho stimulent l’effondrement du cytosquelette d’actinie et la rétraction des cônes de croissance
Nommez une stratégie thérapeutique pour stimuler la régénération axonale post-lésion
Antagonistes des récepteurs Nogo
