Développement du tube neural, polarité et segmentation - Cours 3 Flashcards
Quand et quoi fait la neurulation primaire?
Semaine 3-4
La partie crâniale qui formera les deux hémisphères cérébraux, le tronc cérébral ainsi que le cervelet et la moelle épinière
Quand et quoi fait la neurulation secondaire?
Semaine 5
L’extrémité caudale de la moelle épinière, incluant la plupart des régions sacrale et coccygienne (9 derniers vertèbres)
Qu’est-ce qui se développe au stade 7 de la neurulation?
Environ 19 jours
Plaque neurale
Qu’est-ce qui se développe au stade 9 de la neurulation?
Environ 25 jours
Élévation des bourrelets neuraux
Gouttière neurale grâce à des charnières
Qu’est-ce qui se développe au stade 8 de la neurulation?
Environ 23 jours
Bourrelets neuraux et gouttière neurale
Qu’est-ce qui se développe au stade 10 de la neurulation?
Environ 28 jours
Fusion des bourrelets neuraux
Formation du tube neural
Qu’est-ce qui se développe aux stades 11 à 13 de la neurulation?
Fermeture du neuropore rostral
Fermeture du neuropore caudal
Neurulation secondaire
Fermeture complète du tube neural
Que se produit-il lors de la neurulation primaire (semaine 3-4)
Formation des bourrelets neuraux et de la gouttière neurale
Charnière médiane (MHP, median hinge point)
2 charnières dorsolatérales (DLHP, dorsolateral hingepoints)
Élongation et rétrécissement de la plaque neural et du tube neural
Fusion des bourrelets neuraux
Que se produit-il lors de la neurulation secondaire (semaine 5)
Invagination de la plaque neurale dans son segment caudal générant l’éminence caudale qui, après sa canalisation, s’unit au canal neural
Quels sont les charnières présentes au niveau crânial?
MHP et DLHP
Quels sont les charnières présentes au niveau spinal?
Rostral : Seulement MHP
Intermédiaire : MHP et DLHP
Caudal : Seulement DLHP
Quelles sont les voies moléculaires qui contrôlent la distribution de MHP et DLHP le long de l’axe embryonnaire?
Au niveau caudal, BMP inhibe la formation des charnières DLHP, et le notochord émet SHH (beaucoup) pour former MHP
Au niveau intermédiaire, Noggin surpasse l’effet de BMP, formant ainsi DLHP, et la notochord continue de produire du SHH pour former MHP
Au niveau rostral, la notochord est moins présente et n’émet donc pas SHH ce qui inhibe la formation de MHP. Cependant, le Noggin continue de surpasser l’effet de BMP et fait donc DLHP
Quelles sont les deux étapes de la formation des charnières?
La plaque neurale s’allonge au niveau basal, puis il y a une constriction apicale des cellules neuroépithéliales
Quelles sont les 3 théories expliquant la constriction apicale des cellules neuroépithéliales?
1- Constriction et enrichissement de l’actine avec la myosine musculaire au niveau apical. C’est la théorie la plus acceptée, puisque si l’on inhibe l’actine, la constriction ne se fait pas
2- Augmentation de l’adhérence cellulaire, changeant la forme de la cellule
3- Ne change pas de volume ou de superficie de la cellule, mais change de rotor
Quelles sont les étapes de la constriction apicale des cellules neuroépithéliales?
1- De fines bandes circulaires de filaments d’actine à la jonction apicale. Les microtubules sont distribués de manière diffusive dans le cytoplasme
2- Y-tubuline non centrosomiques sont distribuées amicalement. Les microtubules non centrosomiques polymérisent et s’assemblent parallèlement à l’axe apicobasal avec Shroom3
3- Les bandes de filament d’actine s’épaississent. La myosine II non musculaire glisse activement et génère une force contractile le long des filaments apicaux d’actine alors que les apex des cellules deviennent de plus en plus resserrés. (La myosine glisse vers apical et quand les gênes sont activés il y a une contraction de l’actine-myosine et un changement de forme de la cellule)
Que se passes-t-il lorsqu’il y a un mutant +/- de Shroom3 (pénétrance)?
8% encéphalie moins sévère
12% défauts de fermeture ventrale
Que se passes-t-il lorsqu’il y a un mutant -/- de Shroom3 (pénétrance)?
100% encéphalie
87% fentes cranio-faciales
23% spina bifida
Létal
Tube neural ne se fusionne pas
Comment se fait l’extension convergente?
Les cellules s’allongent dans la partie médiane, migrent et s’intercalent entre-elles en se rapprochant de la ligne médiane
Cela cause une extension tout le long de l’axe A-P
Qu’est ce que PCP?
Polarité cellulaire planaire
Processus par lequel les cellules sont polarisées dans le plan de l’épithélium, perpendiculaire à la polarité apicobasale
Donnez des exemple de PCP chez les vertébrés
Les cheveux de la peau
Les cellules cillées sensorielles de la cochlée
Quels gênes sont essentiels pour la PCP de l’extension convergente dans la neurulation?
Fzd-Dsh
Vang-Pk
Que cause un défaut d’extension convergente?
Des anomalies du tube neural
Que cause des mutations des gènes de la voie PCP?
Des anomalies du tube neural :
Défaut de la voie convergente donne la forme la plus sévère d’anomalie cérébrale
Létal
Le tube neural reste ouvert dans la partie caudale
Quelle voie de signalisation est importante pour la PCP de l’extension convergente dans la neurulation?
Wnt non canonique PCP avec des effecteurs
Affecte le cytosquelette
Quelles protéines sont essentielles à l’adhésion cellulaire pour la fusion des bourrelets neuraux?
Eph/ephrin
Cadhérins
Protéases (détachement du tube neural)
GTPase : rac
Quels sont les points de fermeture du tube neural?
Site 1 : Finition de la fusion au rhombocéphale et la fermeture se fait vers postérieur et antérieur
Site 2 : Entre le mésencéphale et le rhombencéphale : progresse dans les 2 directions
Site 3 : Présencéphale, progresse vers le haut
Quels maladies peuvent arrivées si les points de fermeture du tube neural son défectueux?
Site 1 antérieur : Craniorachischisis
Site 1 postérieur : Spina bifida
Site 2 : Anencéphalie
Quelles sont les étapes de la neurulation secondaire?
1- Éminence caudale mésenchymateuse pleine (groupe de cellules mutlipotentes prolifère pour condenser l’éminence et change pour être neuroépithéliales)
2- Éminence caudale creuse (formation d’un canal)
3- Le canal neural s’unit à l’éminence caudale du tube neural
Donnez 6 exemples d’anomalies du tube neural
1- Anencéphalie : Défaut de la partie crânienne
2- Craniorachischisis : Arrive 1% du temps
3- Spina bifida ouverte : Viable, mais chaise roulante
4- Iniencéphalie : Affecte crâne et moelle
5- Encephalocele
6- Spina bifida fermée : Anomalie de neurulation secondaire. Formes sévères possibles
De quoi les anomalies du tube neural sont-elles le résultat? Comment les différencier?
D’uen défaillance partielle ou complète de la fermeture du tube neural pendant l’embryogenèse et peuvent se produire à tous les niveaux de l’axe rostrocaudal
Dépend de la localisation de fermeture et si elles sont ouvertes ou fermées
Quelle type de maladie représente le groupe le plus commun et le plus sévère des malformations du SNC chez l’homme?
Les anomalies du tube neural
Touche 1-2 enfants par 1000 naissances et présentent une cause majeure de la mortalité périnatale
Canada : 0.6 par 1000 en 2002
Qu’est-ce qui peut diminuer l’incidence des ATN?
Une consommation péri-conceptionnelle de l’acide folique
Diminue jusqu’à 60-70%
Quels facteurs génétiques prédisposent aux ATN?
Constriction apical au DLHP
Signalement PCP
Chez la mouche, que forme le cordon de nerf ventral?
Environ 30 neuroblastes delaminent dans chaque hémisegment. Ces unités segmentaires relativement uniformes appelées neuromères forment le cordon de nerf ventral. Chaque neuromère correspondant à un segment corporel du tronc (thorax et abdomen)
Chez la mouches, que forme le cerveau?
100 neuroblastes
Quelles sont les 3 zones du cerveau de la mouche?
De périphérique à central :
Vision
1ère antenne
2e antenne et système digestif
Les mécanismes qui contrôlent le développement régional du système nerveux sont fortement liés…
Aux mécanismes qui établissent les axes embryonnaires : l’axe Antéro-Postérieur et Dorsal-Ventral
À quoi est fortement lié la segmentation?
À la formation de l’axe antéro-postérieur de l’embryon
Comment se fait la segmentation?
Une chaîne d’activations transcriptionnelles divise progressivement l’embryon en domaines de plus en plus petits. Chaque domaine a un profil d’expression génique spécifique et une identité unique
Avant fertilisation, il y a une distribution des gènes pour créer une polarité : bicoid (antérieur) et nanon (postérieur) - Effet maternel
Une fois ces gènes activés, ils induisent d’autres gènes, tel les gènes GAP, qui divisent encore plus
Une fois activés, les gènes GAP activent les gènes Pair-rule qui segmente encore plus, puis d’autres gènes qui fait encore plus de segmentation, créant des zones avec des fonctions de plus en plus précises (gènes de polarité segmentaire et gènes homéotiques)
Quels gènes sont-ils responsables de spécifier l’identité unique à chaque domaine?
Gènes homéotiques
Comment a-t-on identité le rôle des gènes homeobox (Hox) dans le contrôle de l’identité relative des différents segments?
Par l’analysèrent des mutante de la mouche
Que se passe-t-il, chez les mouches,, si on a plus de gènes Hox?
Si on enlève Ubx (Hox agit dessus), Ultrabithorax qui donne 2 ailes de plus
Antennapedia qui forme plus de pates
Elimination de tous les gènes Hox = tous les segments sont identiques
Comment sont organisés les gènes Homeobox?
En groupe, d’une façon linéaire sur les chromosomes dans l’ordre de leur expression le long de l’axe antéro-postéreur de l’animal
Haut degré de conservation
Chez les vertébrés en tout cas
Qu’est-ce qui permet aux protéines HOX d’activer ou supprimer des gènes cibles?
L’homéodomaine (60 aa) se liant à l’ADN
Pour quelles voies les gènes Hox sont-ils importants?
Organogénèse / Différenciation morphologique
Adhésion et migration cellulaire
Cycle cellulaire
Développement du système nerveux
Quel est le modèle puissant pour l’étude de la fonction des gènes HOX dans le contrôle de l’identité régionale du système nerveux?
Les motoneurones du cerveau postérieur
Pourquoi les motoneurones du cerveau postérieur sont utiles à l’étude des gènes HOX?
Le cerveau postérieur est composé de 8 rhombomères donnant naissance à un ensemble unique de motoneurones qui contrôles différents muscles de la tête
Quel nerf font les rhombères 1, 2 et 3?
Le nerf trégiminal (V) - Mâchoire
Quel nerf font les rhombomères 4 et 5?
Nerf facial (VII)
Quel nerf fait le rhombomère 5 uniquement?
Nerf abducens (IV) - Muscles oculaires
Quel nerf fait le rhombomère 6 uniquement?
Nerf glossopharyngien (IX) - Déglutition
Quels Hox sont important pour le rhombomère 4?
Hoxa1 et Hoxb1
Quel nerf font les rhombomères 7 et 8?
Nerf vague (X) - Régulation parasympathique du coeur, abdomen et contrôle sensori-moteur du larynx
Chez la souris, que se passe-t-il si elle est Hoxa1-/- ?
- r4 est réduit et r5 est fusionné à r4 pour former un nouveau domaine RX
- Les motoneurones abducens ne se développent pas. Les motoneurones faciaux sont défectueux
- Certains des neurones dérivés de cette région commencent à ressembler aux motoneurones du trijumeau. r4 et r5 sont partiellement transformés en une identité de r2/3
Que se passe-t-il lors de l’élimination des gènes Pbx, cibles des gènes Hox, chez le poisson zèbre?
- r2 à r6 ne se forment pas et sont transformés en un long rhombomère 1
- La condition par défaut du cerveau postérieur est le rhombomère 1
Expliquez le chemin de l’acide rétinoique dans la médiation de l’expression des gènes Hox le long de l’axe antéro-postérieur
1- Le rétinol peut pénétrer dans la cellule cible par STRA6 ou par diffusion membranaire
2- À l’intérieur de la cellule, le rétinol peut être inter converti en esters de rétinyle (stockage cellulaire) ou être transformé en Rétinal
3- Le récital est oxydé en acide rétinoïque
4- Les enzymes de dégradation du CYP26 régulent étroitement les niveaux intracellulaires d’acide rétinoïque
5- L’acide rétinoïque peut se déplacer vers les cellules voisines pour agir de manière paracrine ou être transporté vers le noyau
6- Dans le noyau, l’acide rétinoïque interagît avec les récepteurs nucléaires RAR et RXR, qui forment un hétérodimère qui reconnaît les séquences RARE dans la région promotrice des gènes cibles, modulant ainsi leur transcription
Comment l’acide rétinoique contrôle l’identité régionale chez les vertébrés?
Lorsque les embryons sont exposés à des concentrations élevées de l’AR, ils ne développement pas les structures antérieures (pas de tête)é L’expression des gènes Hox antérieurs est inhibée
Des concentration faibles de l’AR –>Expression des Hox antérieurs
Des concentrations élevées de l’AR –>Expression des Hox plus postérieurs
Un gradient de l’AR qui controle le bon profil d’expression des gènes Hox
Qu’est-ce qui synthétise l’AR?
Le mésoderme paraxial de chaque côté de l’axe embryonnaire contient des enzymes qui synthétisent l’AR qui ensuite se diffuse dans le cerveau postérieur et le tube neural pour activer le bon profil d’expression des gènes Hox
Qu’est-ce qui se passe lorsque l’on transplante l’ectoderme dorsal d’un gastrula sur un autre gastrula?
Dans toutes les transplantations, les cellules transplantées ont développé des structures neurales antérieures
Cependant, lorsque les cellules ont été transplantées dans la plaque neurale caudale, des structures postérieurs, telles que la moelle épinière, se sont également développées
Qu’est-ce qu’affecte des délétions des inducteurs neuronaux?
Surtout les structures antérieures du cerveau
Qu’est-ce que l’hypothèse de l’activateur-transformateur de Nieuwkoops?
L’ectoderme s’active, se neuralise et spécifie un cerveau antérieur, puis se transforme en une structure postérieur (cerveau médian, postérieur et corde spinale)
Besoin absolument de ces 2 étapes
Que sont les inducteurs neuronaux?
Les activateurs, soit Noggin, Chordin, etc.
Que sont les transformateurs neuronaux?
L’acide rétinoique
La voie Wnt canonique
La voie FGF
Que cause l’injection des inducteurs neuronaux dans le cap animal?
La formation de nouvelles structures antérieures
Que fait une co-inhibition de Wnt canonique et BMP?
Induit la formation des structures neuronales antérieures
Quel est le phénotype d’une souris de génotype DKK1+/-, Nog+/- ?
Ils spécifient les structures antérieures, donc la souris n’aura pas de tête
Quels sont les inhibiteurs de Wnt? Que font-ils?
Cerebrus, dickkopf et FrizzledB
Produisent des structurer antérieures
Qu’est-ce qui induit l’expression de gènes neuronaux postérieurs?
Une expression élevée de FGF8 dans la région postérieure
Quels autres facteurs de transcription jouent un rôle important pour la segmentation du SNC?
Otx2 et Gbx2
Quel est le centre organisateur du cerveau et son rôle?
Le mésencéphale/cerveau postérieur
Ce centre organisateur entre le cerveau moyen et le cerveau postérieur exprime des molécules de signalisation qui ont une influence organisatrice importante sur le développement des régions adjacentes
Quelles sont les parties du cerveau au stage 10? À l’âge adulte?
Prosencéphale qui devient cerveau antérieur (forebrain)
Mésencéphale qui devient cerveau postérieur (midbrain (tectum ou collicules))
Métencéphale qui devient le cervelet (cerebellum)
Rhombencéphale qui devient la médulla
Les 3 “transformateurs” Wnt, AR et FGF, et les 2 facteurs de transcription Otx2 et GBX2 jouent quel rôle important?
Rôle important dans la spécification de l’identité régionale du système nerveux tout le long de l’axe AP
Qu’est-ce qui se passe si on implante des cellules du centre organisateur dans le cerveau antérieur?
Une partie du cerveau postérieur est capable de réorganiser les régions les plus antérieures du tube neural pour adopter des identités plus postérieures
Quels sont les gènes qui jouent un rôle important dans le centre organisateur du mésencéphale/cerveau postérieur?
Wnt1
Engrailed (en1)
FGF8
Que se passe-t-il s’il y a knockout de Wnt1 ou En1 ou FGF8?
Pas de développement de cervelet ou de mésencéphale
Le sort des cellules est-il fixe ou peut-il être changé? Si fixe, à quel moment de développement?
Dans un stade qui est assez précoce que la gastrula tardive, une région particulière de la plaque neurale donnera toujours naissance au cerveau antérieur
Cela se produit n’importe où le tissu est placé dans l’animal hôte
À un moment donné du développement, les cellules de la plaque neurale prennent une identité régionale qui ne peut pas être modifiée par transplantation à un autre endroit de l’embryon
Cette identité régionale est déterminée par un profil d’expression génique spécifique
Que fait un placement de billes de FGF8 dans le télencéphale?
Provoque la formation d’une nouvelle frontière Mésencéphale / cerveau postérieur
Quel est le développement du centre de signalisation du mésencéphale au cours du temps?
Stade 7.5 : Otx2 et Gbx2
Stade 8.0 - 8.5 : FGF8, Otx2, Wnt1+Otx2, Gbx2+FGF8, Gbx2
Stade 9.5 : FGF8, Otx2 (télencéphale), Wnt1 (mésencéphale), Gbx2+FGF8 (métencéphale), Gbx2
Les interactions entre les gènes des régions adjacentes définissent la limiter entre ces 2 régions qui sera maintenue pendant le développement
Une divison progressive des domaines initialement similaires
Combien y-a-t’il de prosomères dans le cerveau antérieur?
Six prosomères : chaque prosomère a une identité régionale spécifique définie par un profil d’expression génique spécifique
P1-P3 : diencéphale
P4, P5 et P6 : télencéphale
À quoi correspond l’expression d’un groupe de gènes pour les prosomères?
Aux distinctions morphologiques entre les prosomères
Quels sont les gènes différenciants les prosomères entre-eux?
Emx2, Emx1, facteurs de transcription PAX
Quel est le rôle des facteurs de transcription Pax?
Jouent un rôle important dans la spécification de l’identité des différentes régions du cerveau antérieur
Leur domaine se lie à l’ADN et aux promoteurs des gènes
Combien y’a-t-il de famille de PAX? Combien de membres?
4 familles
9 Pax
Quels gènes sont exprimés d’une façon spécifique dans les parties dorsale, intermédiaire et ventrale de la moelle épinière en développement?
Pax7 (dorsal)
Olig2 (intermédiaire-ventral)
Nkx2.2 (ventral)
À quoi sert Pax6?
Il fait parti de la famille IV, c’est un gène essentiel pour le développement de l’oeil
Que se passe-t-il en absence de Pax6? Si trop de Pax6?
-Aniridie : absence de formation de l’iris
-Eyeless
-Yeux dans pattes
Quel partie du tube neural défini la partie ventrale et dorsale?
Le sulcus limitans
En résumé, quels profils d’expression génique spécifiques et de gradients d’expression définissent l’identité des régions antérieures et postérieures du système nerveux?
-Hox (modèle des rhombomère)
-AR, Wnt et FGF comme transformateurs pour l’induction des parties postérieures
-Otx2 (antérieur) et Gbx2 (postérieur)
-Wnt1, en1, fgf8 dans le centre organisateur du mésencéphale/métencéphale
-Pax et le modèle des prosomères
Quels neurones sont dans la partie dorsale? Ventrale?
Dorsale = sensoriels
Ventrale = moteurs
De quoi dépend la différenciation DV dans le tube neural?
De facteurs dérivés des tissus adjacents non neuraux
Qu’est-ce qui est à la fois nécessaire et suffisante pour le développement de l’axe dorsal-ventral de la moelle épinière
La notochorde
Si on met une notochorde sur le côté du tube neural, que se produira-t-il?
Il y aura formation d’un deuxième plancher ectopique
Qu’est-ce qui est exprimé dans la notochorde et le “floor plate” pendant la spécification de la polarité DV du tube neural?
L’orthologue Shh, un morphogenèse puissant
Le tube neural dorsal est l’état par défaut. De quelles cellules nécessite-t-il des signaux?
Des cellules de la crête neurale
Sur les gènes spécifiant l’axe DV, quel est l’effet de la concentration de Shh?
Plus on augmente Shh, plus il y a de cellules exprimant Olig2 et Nkk2.2 et moins de Pax7
Quelles sont les origines et les déplacement des cellules de la crête neurale?
1- Le développement de la crête neurale commence au stade gastrula, avec la spécification des bordures latérales de la plaque neurale
2- Lorsque la plaque neurale se fermer pour former le tube neural, les progénitures de la crête neurale sont spécifiés dans la partie dorsale des plis neuraux
3- Après la spécification, les cellules de la crête neurale subissent EMT (epithélial mesenchymal transition) et se décollent du tube neural
4- Les cellules de la crête neurale migratrice suivent des chemins définis vers des diverses destinations, où ils donnent lieu à des dérivés distincts
Qu’est-ce que la crête neurale?
Les dérivés les plus dorsales du tube neural
Ces cellules font une migration extensive et une grande diversité des cellules et des tissus en dérivent
À partir de quoi sont générés les différents types de tissus dérivés des cellules de la crête neurale?
À partir de différentes régions rostro-caudales
Est-ce que les signaux moléculaires impliqués dans la polarité dorsale dérivent de l’ectoderme ou du mésoderme (notochodre)?
Ectoderme
Est-ce que la dorsalisation implique des facteurs qui régulent l’induction neurale?
Oui
Est-ce que la dorsalisation est influencée par des interactions entre la plaque neurale et l’ectoderme adjacent?
Oui
Quels gènes délimitent la zone dorsale de la zone ventrale?
Shh et BMP interagissent pour modéliser l’expression des gènes dorso-ventral d’une manière dose-dépendante
Il y a un antagonisme entre Shh du tube neural ventral et les BMP du tube neural dorsal
Les signaux Shh et BMP/Wnt s’antagonisent et, par cet antagonisme mutuel, créent des gradients opposés qui contrôlent à la fois la polarité de la différenciation de la moelle épinière et la quantité de tissus de la moelle épinière qui se différencie en destins dorsaux, intermédiaires et ventraux
Quels gènes sont importants pour la polarité dorsoventrale chez les invertébrés ? Chez les vertébrés?
Invertébrés : Dpp, msh, ind, vnd
Vertébrés : msx, gsh, nkx2.2
Quelle est la source de cellules progéntrices du cortex cérébral?
Le télencéphale
Quels facteurs de transcription contrôlent la spécification de l’identité des régions cérébrales?
Emx2
Pax6
Qu’arrive-t-il lors d’une mutation de Emx2?
Extension de la région d’expression de Pax6 vers la partie caudale
M1 et S1 (moteur et sensoriel) plus développé, alors que V1 (visuel) l’est moins
Qu’arrive-t-il lors d’une mutation de Pax6 (pour la spécificité des régions cérébrales)?
Extension de la région d’expression de Emx2 vers rostral
Sous-développement du cortex moteur (M1) et sensoriel (S1) et développement du cortex visuel (V1)
Quelles voies de signalisation contrôlent la spécification de l’identité des régions cérébrales?
FGF8
Son injection de plus diminue Emx2 (Plus M1 et S1) alors que son injection caudale produit un 2e cortex moteur caudalement
En résumé, quels profils d’expression génique spécifiques et des gradients d,expression définissent l’identité des régions dorsales et ventrales du système nerveux?t
-Shh et la ventralisation du tube neural
-BMP, Wnt et la dorsalisation du tube neural et le développement des cellules de la crête neurale
-Pax6, Emx2, Fgf8 et la spécification de l’identité des régions cérébrales
