Ontogenèse du sytème nerveux (Complet) Flashcards
L.De Doncker
Développement
Processus régulé par une expression génique différentielle spatio-temporelle (les gènes s’expriment au bon moment et au bon endroit).
Gènes du développement
Très conservés au cours de l’évolution et assurent un développement similaire du système nerveux entre espèces.
Axes de polarité
Organisation du développement selon des axes (dorso-ventral, antéro-postérieur, etc.), permettant une identité positionnelle des cellules, tissus et organes.
Identité positionnelle
Influence l’expression différentielle des gènes en fonction de la localisation cellulaire.
Facteurs de transcription
Molécules intracellulaires se fixant sur l’ADN pour réguler l’expression d’autres gènes. Peuvent orienter une cellule vers une voie de différenciation spécifique.
Exemples : Facteurs codant pour d’autres facteurs de transcription, protéines structurales, etc.
Morphogènes
Molécules influençant l’expression des gènes de manière dose-dépendante. Agissent sous forme de gradients, exerçant un effet à distance sur d’autres cellules.
Certaines protéines sont des morphogènes.
Gènes homéotiques (homéogènes ou architectes)
Gènes codant pour des facteurs de transcription régulant d’autres gènes et conférant une identité positionnelle aux cellules. Les mutations de ces gènes peuvent provoquer une homéose (apparition d’un organe à un endroit anormal).
Homéoprotéine
Protéine issue de gènes homéotiques jouant un rôle dans la régulation génique.
Homéoboite
Séquence d’ADN codant pour une partie spécifique de l’homéoprotéine.
Homéodomaine
Région protéique (60 acides aminés) permettant la fixation sur l’ADN et la régulation de l’expression des gènes.
Gènes Hox
Sous-groupe de gènes homéotiques définissant l’identité positionnelle des cellules du tube neural le long de l’axe cranio-caudal (antéro-postérieur).
39 gènes Hox regroupés en 4 complexes situés sur 4 chromosomes différents. Ils régulent l’axe antéro-postérieur.
Comment s’expriment les gènes Hox?
Présents en combinaison en un point donné déterminant l’identité positionnelle. Exprimés principalement dans la région postérieure du corps.
Différentes combinaisons activent des gènes responsables de la différenciation cellulaire.
Expression génique différentielle
Activation spécifique de certains gènes selon le temps et l’espace.
Axes de polarité
Références spatiales déterminant l’organisation des structures embryonnaires.
Identité positionnelle
Information génétique définissant la localisation d’une cellule ou d’un organe.
Gènes Pax
Gènes impliqués dans la définition de l’axe dorso-ventral.
FGF (Fibroblast Growth Factor)
Agit sur les fibroblastes et d’autres types cellulaires.
EGF (Epidermal Growth Factor)
Influence la croissance des cellules épidermiques et d’autres types cellulaires.
BMP (Bone Morphogenetic Proteins)
Protéines régulant la formation osseuse et neurale.
Superfamille du TGF-β (Transforming Growth Factor Beta)
Inclut plusieurs molécules induisant la formation du système nerveux central (SNC) et participant au développement du squelette.
BMP4
Impliqué dans l’induction neurale.
Sonic Hedgehog (Shh)
Protéine découverte chez la drosophile (mutation entraînant des excroissances). Elle donne aux cellules du tube neural une information positionnelle selon l’axe dorso-ventral.
Wnt
Protéine identifiée par une mutation chez la drosophile (absence d’ailes). Elle donne aux cellules du tube neural une information de position sur les axes dorso-ventral et antéro-postérieur.
Acide rétinoïque
Molécule hydrophobe dérivée de la vitamine A.
Régule l’activité des gènes Hox.
Forte concentration → Structures neurales postérieures.
Faible concentration → Structures neurales antérieures.
Cadhérines
Assurent une adhérence homophilique (interaction entre mêmes cadhérines).
Nécessitent la présence de calcium (Ca²⁺) pour fonctionner.
E-cadhérine
Présente dans les cellules épithéliales.
N-cadhérine
Présente dans le neurectoderme et le tissu nerveux.
Essentielle pour la formation du tube neural.
Immunoglobulines (Ig-CAMs)
Peuvent assurer une adhésion homophilique ou hétérophilique (entre molécules différentes).
Impliquées dans l’induction neurale et la transition ectoderme → neurectoderme.
N-CAM
Exprimée dans le neurectoderme et le tissu nerveux.
Notch
Récepteur transmembranaire interagissant avec son ligand Delta.
Régule la différenciation neuronale via une interaction entre cellules voisines.
Essentielle à la formation des neurones.
Intégrines
Récepteurs à la surface cellulaire permettant l’adhésion à la MEC.
Elles reconnaissent des protéines spécifiques de la MEC et transmettent un signal à la cellule.
Gènes domestiques
S’expriment de manière identique dans toutes les cellules. Assurent les fonctions cellulaires de base (métabolisme, cycle cellulaire).
Gènes de différenciation
Permettent la spécialisation des cellules.
Gènes homéotiques (Hox, Pax, etc.)
Régulent l’expression d’autres gènes impliqués dans la différenciation.
Mitoses symétriques
Deux cellules filles génétiquement et fonctionnellement identiques ayant la même expression génique.
Mitoses asymétriques
Deux cellules filles avec une expression génique différente. L’une peut recevoir des déterminants cytoplasmiques spécifiques et devenir compétente pour exprimer certains gènes, tandis que l’autre ne l’est pas.
Plan de clivage
La direction de la division cellulaire influence quelle cellule hérite de certains facteurs.
Chez la drosophile, le cytoplasme contient des facteurs qui déterminent si une cellule deviendra nerveuse ou épidermique.
Induction
Processus par lequel une population de cellules influence le devenir d’une autre population.
Cellules inductrices
Envoient un signal modifiant le destin des cellules voisines.
Cellules induites
Reçoivent le signal et changent de destin.
Elles s’orientent vers une voie spécifique de différenciation. Une fois différenciées, elles transmettent cette information à leurs cellules descendantes.
Molécules sécrétées (induction à distance)
Diffusent dans le milieu extracellulaire, souvent sous forme de gradient de concentration.
Les cellules les plus proches de la source reçoivent une concentration élevée, celles plus éloignées une faible concentration. (Acide rétinoïque ; Sonic Hedgehog (Shh))
Molécules transmembranaires (induction par contact direct)
La cellule inductrice possède une protéine membranaire qui interagit directement avec une cellule voisine. (Notch-Delta)
Système Nerveux Central (SNC)
Composé de l’encéphale (cerveau, tronc cérébral, cervelet) et de la moelle épinière.
Forme un axe appelé névraxe (ou axe cérébro-spinal).
Système Nerveux Périphérique (SNP)
Nerfs + Ganglions
-Nerfs crâniens : émergent du tronc cérébral.
-Nerfs rachidiens : émergent de la moelle épinière.
Structures de l’Encéphale
-Cerveau : Formé des hémisphères cérébraux.
-Tronc cérébral: Mésencéphale (Cerveau moyen) ; Métencéphale (Pont + Cervelet) ; Myélencéphale (Bulbe rachidien.)
Télencéphale
Hémisphères cérébraux, bulbes olfactifs, hippocampe, noyaux gris de la base.
Diencéphale
Thalamus, hypothalamus, épithalamus, vésicules optiques, hypophyse.
Mésencéphale
Tubercules quadrijumeaux, pédoncules cérébraux et cérébelleux supérieurs.
Métencéphale
Pont (ventral) + Cervelet (dorsal).
Myélencéphale
Bulbe rachidien, pédoncules cérébelleux inférieurs.
Moelle épinière
Prolongement du SNC dans le rachis.
Substance grise
Contient les corps cellulaires des neurones.
-Substance grise superficielle
-Substance grise profonde
Substance blanche
Contient les axones myélinisés.
Substance grise superficielle
Cortex cérébral. Divisée en cordons : antérieurs, postérieurs, latéraux.
Substance grise profonde
Noyaux gris centraux.
Cornes postérieures = sensitif, ; Cornes antérieures = moteur.
Racine dorsale
Contient les axones des neurones sensitifs
Racine ventrale
Contient les axones des neurones moteurs
Quels sont les faisceaux de la substance blanche dans la moelle épinière?
-Faisceaux moteurs (descendants, antérieurs)
-Faisceaux sensitifs (ascendants, postérieurs)
Fibres afférentes
Transmettent l’information vers le SNC
Fibres efférentes
Transmettent l’information depuis le SNC
Quelles sont le membranes superposées protégeant le SNC ?
-Dure-mère : plus superficielle, sous l’os
-Arachnoïde : membrane fibreuse et résistante (Entre l’arachnoïde et la pie-mère se trouve le liquide céphalo-rachidien (LCR))
-Slym : fine couche de cellules aplaties
-Pie-mère : membrane fine plaquée contre l’encéphale
Système ventriculaire
Cavités contenant le LCR, situées au centre du SNC
Ventricules latéraux
Communiquent avec le 3ème ventricule via le trou de Monroe
3ème ventricule
Communique avec le 4ème ventricule via l’aqueduc de Sylvius
4ème ventricule
Communique avec l’espace sous-arachnoïdien via le trou de Magendie et le trou de Luschka.
Quels sont les rôles du LCR?
-Maintient la pression cérébrale et assure une protection mécanique
-Transporte les éléments nutritifs du sang vers le cerveau
-Élimine les déchets
Composante afférente (sensorielle)
Transmet des informations vers l’encéphale et la moelle épinière
Composante efférente (motrice)
Transmet des commandes du SNC vers les organes
Neurones efférents
Régulent l’activité des organes
Nerfs moteurs (partie somatique)
Déclenchent le mouvement et la contraction des muscles.
Gastrulation (3ème semaine)
Transformation du disque didermique en disque tridermique composé de l’ectoderme (Peau, SNC) , du mésoderme (Muscles, os, système cardiovasculaire.) et de l’endoderme. (Organes internes)
Plaque préchordale
Masse de mésoderme compacte et d’endoderme antérieur.
Chorde dorsale (notochorde) (J17-J19)
Axe médio-dorsal de mésoderme situé derrière la plaque préchordale, futur emplacement de la colonne vertébrale.
Vestige
Noyau pulpeux du disque intervertébral.
Induction neurale
Transformation de l’ectoderme en neurectoderme grâce à l’induction neurale.
L’induction neurale se fait progressivement, en suivant la progression de la chorde vers la partie caudale.
Quel est le rôle des protéines BMP-IV (superfamille TGF-β)?
-Effet anti-neuralisant sur l’ectoderme (empêche sa transformation en neurectoderme).
-Effet épidermisant sur l’ectoderme et ventralisant sur le mésoderme.
Quel est le rôle de la chorde et de la plaque préchordale ?
-Production de noggine et chordine (inhibiteurs de BMP-IV).
-Neutralisation des BMP-IV → l’ectoderme devient du neurectoderme.
Formation de la plaque neurale
Épaississement du neurectoderme → formation de la plaque neurale.
Les cellules passent de pavimenteuses à prismatiques.
Modification du cytosquelette (microtubules et microfilaments d’actine).
Expression des gènes pro-neuraux (activation des gènes neurogéniques).
Plaque neurale crâniale (élargie) → futur encéphale.
Plaque neurale étroite → futur moelle épinière.
Formation de la gouttière neurale
Soulèvement des bords de la plaque neurale → formation de la gouttière neurale.
Se forme d’abord dans la région moyenne (cerveau postérieur), puis s’étend bilatéralement.
Rôle du cytosquelette
Contraction des microfilaments d’actine → changement de forme des cellules en forme conique.
Soulèvement et rapprochement des bords du disque neural.
Crêtes neurales
Cellules situées entre l’ectoderme et le neurectoderme. Donnent naissance aux cellules du Système Nerveux Périphérique (SNP).
Formation du tube neural (J25, fin de la 3ème semaine)
Fusion des bords de la gouttière neurale → formation du tube neural primitif.
Séparation du neurectoderme et de l’ectoderme de surface.
Formation des neuropores antérieur et postérieur (ouvertures du tube neural) → se ferment plus tard.
Rôle des molécules d’adhésion cellulaire
E-cadhérine (ectoderme) et N-cadhérine (neurectoderme).
Assurent la séparation correcte des tissus et l’incorporation du tube neural à l’intérieur de l’embryon.
Évolution embryonnaire du SNC (4ème semaine)
Plicature transversale et longitudinale → délimitation de l’embryon.
Formation des placodes sensorielles : Placodes optiques → œil. ; Placodes olfactives → odorat. ; Placodes cristalliniennes → cristallin.
Neuromères
Segments du tube neural.
4ème semaine Vésicules primitives
Prosencéphale (cerveau antérieur). ; Mésencéphale (cerveau moyen). ; Rhombencéphale (cerveau postérieur).
Courbures : Cervicale (moelle-cerveau). ; Mésencéphalique.
Vésicules optiques (donneront les rétines).
5ème semaine Vésicules secondaires
Prosencéphale → Télencéphale (Hémisphères cérébraux et cortex.) + Diencéphale (Contient les vésicules optiques.)
Mésencéphale (reste inchangé).
Rhombencéphale → Métencéphale (Ventral → Pont. ; Dorsal → Cervelet). + Myélencéphale (Bulbe rachidien.)
Segmentation du tube neural
-Neuromères : Segmentation du SNC.
-Prosomères (prosencéphale).
-Mésomères (mésencéphale).
-Rhombomères (rhombencéphale, 8 segments).
-Myélomères (moelle épinière).
Système ventriculaire
Lumière du tube neural → Formation des ventricules cérébraux et du canal de l’épendyme.
Neuroépithélium du tube neural
Donne les neurones du SNC, les cellules gliales (gliogénèse après la neurogénèse) et les cellules épendymaires (tapissent le système ventriculaire).
Neurogénèse adulte
Présence de cellules souches neurales dans certaines zones du SNC.
Régionalisation antéro-postérieure
Définie dès la plaque neurale.
Morphogènes : Acide rétinoïque, FGF, WNT → gradient caudo-crânial décroissant. ; Inhibiteurs des morphogènes → gradient crânio-caudal décroissant.
Les gènes Hox régulent la différenciation selon l’axe antéro-postérieur.
Régionalisation dorso-ventrale
Les gènes Pax définissent l’identité des cellules selon l’axe dorso-ventral.
Induction verticale par deux centres inducteurs: Plancher ventral (SHH). ; Toit dorsal (TGF-β, BMP, WNT).
Différenciation contrôlée par des gradients de morphogènes.
Neurogénèse
Début 4ème-5ème semaine dans le rhombencéphale.
100 milliards de neurones à la naissance, mais 50% meurent.
3 zones dans le tube neural en développement.
Division cellulaire Symétrique
Augmente le nombre de cellules souches neurales.
Division cellulaire asymétrique
Produit des neuroblastes (futurs neurones) et des progéniteurs intermédiaires (neurones + cellules gliales).
Glie radiaire
Cellules souches neurales servant de support à la migration neuronale.
Migration nucléaire intercinétique
Proche de la membrane ventriculaire : Phase G1.
Vers la membrane externe : Phase S.
Retour vers la membrane ventriculaire : Phase G2.
Phase M : division cellulaire.
Mésoderme para-axial
Tissu embryonnaire donnant naissance aux somites et aux vertèbres.
Zone ventriculaire
Côté lumière, donnera la couche épendymaire.
Zone intermédiaire (manteau)
Contiendra les corps cellulaires des neurones → substance grise.
Zone marginale
Contiendra les axones organisés en faisceaux → substance blanche.
Faisceaux sensitifs (centripètes)
Infos de la moelle vers l’encéphale.
Faisceaux moteurs (centrifuges)
Infos de l’encéphale vers la moelle.
Migration des neuroblastes
Se déplacent via les cellules de la glie radiaire.
La zone ventriculaire s’amincit, la zone intermédiaire et marginale s’épaississent.
Les cellules épendymaires tapissent la cavité ventriculaire à la fin de la neurogénèse.
Les neurones apparaissent par vagues successives sous l’influence des morphogènes.
Formation des lames alaires et fondamentales (5ème semaine)
Épaississement de la paroi de la moelle.
-Lame alaire (dorsale) → Sensibilité.
-Lame fondamentale (ventrale) → Motricité.
Formation des lames alaires et fondamentales (7ème semaine)
-Apparition de la racine ventrale motrice (axones moteurs).
-Apparition de la racine dorsale sensitive.
-Fusion des deux pour former les nerfs rachidiens.
Différenciation et organisation segmentaire
Neuroblastes dans la substance grise → deviennent des neurones avec axones et dendrites.
Substance grise profonde (corps cellulaires), substance blanche externe (axones).
Croissance différentielle
Moelle épinière ralentit, colonne vertébrale continue. Les nerfs sortent obliquement.
Fin de la moelle épinière à L1 → formation de la queue de cheval (racines rachidiennes dans le canal rachidien).
Organisation du tronc cérébral (Myélencéphale)
Organisation en lames alaires et fondamentales.
Organisation du tronc cérébral (Métencéphale)
Noyaux moteurs et nerfs crâniens.
Lèvres rhombiques → futur cervelet.
Lumière → 4ème ventricule.
Organisation du tronc cérébral (Mésencéphale)
Lumière → canal de Sylvius.
Organisation du tronc cérébral (Diencéphale et télencéphale)
Disparition des lames fondamentales.
Accroissement des lames alaires.
Pallium (télencéphale dorsal/latéral) → futur cortex.
Subpallium (télencéphale ventral) → noyaux gris centraux (ganglions de la base).
Développement du cortex (8ème semaine)
Migration des neuroblastes au-delà de la zone du manteau.
Formation de la plaque corticale → futur cortex cérébral.
La zone intermédiaire ne devient pas la substance grise mais la substance blanche (couche fibrillaire).
Cellules épendymaires tapissent la cavité ventriculaire.
Organisation en 6 couches corticales
-Couche moléculaire (superficielle).
-Couche granulaire externe : reçoit infos d’autres parties du cortex.
-Couche pyramidale externe : envoie infos vers d’autres parties du cortex.
-Couche granulaire interne : reçoit infos du thalamus.
-Couche pyramidale interne : envoie infos motrices vers la moelle et les muscles.
-Couche polymorphe : contient divers types cellulaires.
Différenciation des neurones du cortex
80% → Neurones de projection excitateurs (glutamate) : migration radiaire.
20% → Interneurones inhibiteurs (GABA) : migration tangentielle.
Zone ventriculaire
Couche interne du tube neural donnant naissance aux cellules épendymaires.
Zone intermédiaire (manteau)
Contiendra les corps cellulaires des neurones → substance grise.
Zone marginale
Contiendra les axones → substance blanche.
Neuroblastes
Cellules immatures qui donneront les neurones.
Morphogènes
Molécules influençant la différenciation cellulaire.
Lame alaire
Partie dorsale de la moelle → fonctions sensitives.
Lame fondamentale
Partie ventrale de la moelle → fonctions motrices.
Pallium
Partie du télencéphale donnant le cortex (substance grise superficielle).
Subpallium
Partie ventrale du télencéphale → ganglions de la base (substance grise profonde).
Migration radiaire
Déplacement des neurones excitateurs du pallium vers le cortex.
Migration tangentielle
Déplacement des interneurones inhibiteurs du subpallium vers le cortex.
Synaptogénèse
Formation des synapses, essentielles à la communication neuronale.
Modulation par l’activité électrique : seules les synapses les plus fonctionnelles sont conservées.
Myélinisation des axones
Processus prolongé augmentant la vitesse de transmission nerveuse.
Oligodendrocytes (dans le SNC) et cellules de Schwann (dans le SNP) assurent la myélinisation.
Apoptose
Mort programmée de ~50% des neurones excédentaires.
Élagage synaptique
Élimination des connexions inutiles pour optimiser les réseaux neuronaux.
Cône de croissance
Structure guidant l’axone vers sa cible via des molécules chimiotropiques.
Cadhérines → Attirent l’axone.
Ephrines → Repoussent l’axone
Croissance post-natale et maturation du SNC
À la naissance, le cerveau fait 25% de sa taille adulte.
Son développement repose sur la croissance des neurones, la prolifération des neurites (axones/dendrites), le développement des synapses et la myélinisation des axones (facteur clé de la maturation)
Le cerveau atteint sa taille finale vers 7-8 ans, mais la maturation fonctionnelle continue jusqu’à 18-20 ans.
Plasticité cérébrale
Capacité du SNC à se réorganiser en fonction des expériences et apprentissages.
