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7è Partie RÉGULATION TISSULAIRE ET MOLÉCULAIRE DE LA NEUROGENÈSE 1) Différenciation du tissu neural
A) Induction mésoderme-dépendante
Comment la destinée neuronale est déterminée au cours de l'embryogenèse
précoce?
Au cours de la neurulation, un feuillet ectoblaste, ou ectoderme primitif
va décider de devenir neural.
[pic] comment un feuillet cellulaire semble-t'il homogène, l'ectoderme
primitif, décide de devenir neural?
Rappel expérience de Spemann et Mangold: greffe de la lèvre dorsale du
blastopore dans la partie ventrale de l'embryon >>> nouvel embryon
ectopique
Rq 1: La lèvre du blastopore contient toutes les informations nécessaires
à la formation d'un organisme entier, d'où son nom d'ORGANISATEUR. Rq 2, important pour le problème de l'induction neurale: la notochorde,
plus une partie du mésoderma dérivent du greffon; le tissu neural dérive de
l'hôte. D'où l'idée que la lèvre dorsale (ou les tissus qui en sont
dérivés) contient un inducteur de tissu neural. On est en 1921...
Plusieurs expériences complémentaires faites au cours des 70 années
suivantes ont corroboré cette observation. Une observation récurrente est
que l'induction neurale semble toujours liée à la présence de tissu
mésodermique (notamment la notochorde), d'où l'idée que le
mésoderme/notochorde est le site de production d'un inducteur de tissu
neural. Voir également expérience complémentaire d'exogastrulation (gastrulation
des embryons de Xénope en milieu hypotonique) qui montre que l'ectderme,
qui n'est pas en contact avec la notochorde (vu que le mésoderme se
différencie en dehors de l'ectoderme), ne devient pas neural.
[pic]
B) Induction neurale: induction directe et par défaut
En 1992, Groupe de Richard Harland (Berkeley) montre que une molécule
secrétée (appelée Noggin) a une activité neuralisante. Noggin, trouvé par
screen fonctionnel c/o xénope (1992). Embryon ventralisé UV. Pool d'ADNc
sauvetage du phénotype. Calotte/coiffe animale en culture >>> ectoderme +
noggin >>> tissu neural.
Smith WC, Harland RM. Cell 1992 Sep 4;70(5):829-40. Expression cloning of
noggin, a new dorsalizing factor localized to the Spemann organizer in
Xenopus embryos.
En 1994, Hemmati-Brivanlou et Doug Melton (Harvard) montrent que en
bloquant le récepteur de l'activine, ils induisent la formation de tissu
neural. Rappel des récepteurs dominant-négatifs (transpa). Analyse du
patron d'expression obtenu: NCAM (Neural Cellular Adhesion Molecule):
marqueur de tissu neural +++; ß tubuline isotype II: marqueur de tissu
neural +++; Muscle actine: muscle ---; XAG1: marqueur de "cement gland",
organe adhesif de l'embryon de Xénope ---. Analyse en Northern blot.
Conclusion: bloquer la signalisation de l'activine active la
différenciation neurale SANS induction de mésoderme. C'est donc une
induction directe.
Cell 1994 Apr 22;77(2):273-81. Inhibition of activin receptor signaling
promotes neuralization in Xenopus. Hemmati-Brivanlou A, Melton DA
C'est également une induction par défaut (expliquer).
Il est évident que il n'y a pas de récepteur à l'activine DN exprimé de
manière endogène dans l'embryon. Toutefois une autre molécule,
Follistatine, est elle capable de mimiquer l'effet du DN récepteur activine
(papier Hemmati-Brivanlou et Melton).
Cell 1994 Apr 22;77(2):283-95. Follistatin, an antagonist of activin, is
expressed in the Spemann organizer and displays direct neuralizing
activity. Hemmati-Brivanlou A, Kelly OG, Melton DA
Elle est exprimée au bon moment et au bon endroit pour jouer un rôle dans
l'induction neurale (par exemple dans la notochorde). Elle a donc une
activité antagonistique de la voie de signalisation activine. Il a été
démontré par la suite que et la follistatine et d'autres molécules, comme
Chordine, Noggin et Gremlin/Cerberus sont des molécules secrétées qui se
lient (dans le milieu extracellulaire) et inactivent des molécules
appartenant à la voie de signalisation TGFß (la spécificité de
l'inactivation -études biochimiques- est en train d'être élucidée);
l'activine (Follistatine), mais également les molécules BMP (Bone
Morphogenic Protein.).
[pic] Cell 1996 Aug 23;86(4):599-606. The Spemann organizer signal noggin binds
and inactivates bone morphogenetic protein 4. Zimmerman LB, De Jesus-
Escobar JM, Harland RM
Cette dernière sous famille de molécules est intéressante, parce que
certaines d'entre elles sont exprimées au moment de la gastrulation, dans
la partie de l'embryon destinée à devenir et l'ectoderme et la plaque
neurale. Si on sur-exprime BMP dans cette partie de l'embryon, celui-ci ne
se développe pas normalement et en tous cas, ne va pas faire de stuctures
neurales normales. Il est donc indispensable pour l'embryon de se
"débarasser" de BMP notamment au niveau de la future plaque neurale.
Noggin, chordine et follistatine exprimé dans la lèvre du blastopore et
dans la notochorde qui se forme sous la future plaque neurale jouent sans
doute ce rôle.
C) Conservation de la régulation de l'induction neurale chez les
invertébrés
Chez la Droso, le patterning dorso-ventral (càd la séparation entre ce qui
va être ectoderme et ce qui va être nerveux requiert) la présence de
nombreux gènes. La mutation d'un d'entre eux, short gastrulation, sog ,
entraîne une diminution partielle de la zone ventrale neurogénique, et une
augmentation simultanée de la zone ectodermique. De l'activité normale de
sog dépend donc la balance correcte entre ce qui va se développer en
ectoderme ou en tissu neural. L'induction ectopique de sog dans la partie
dorsale de l'embryon entraîne la disparition de marqueurs dorsaux ainsi que
l'expansion de la zone neurogénique (voir papier 1995 de Holley et al.).
Il est connu d'autre part que l'induction des structures dorsales est
dépendante de l'activité de dpp (decapentaplegic). Dpp et sog sont les
homologues de BMP et chordine, respectivement. Il apparait donc que la
détermination de la balance entre ectoderme et zone neurogénique fait
intervenir les mêmes molécules c/o vertébrés et invertébrés.
Nature 1995 Jul 20;376(6537):249-53. A conserved system for dorsal-ventral
patterning in insects and vertebrates involving sog and chordin. Holley
SA, Jackson PD, Sasai Y, Lu B, De Robertis EM, Hoffmann FM, Ferguson EL
Conclusion: chez les vertébrés et chez les invertébrés, un même système
d'interaction entre les molécules de la famille des TGFß et des molécules
inhibitrices des TGFß qui définissent au sein d'une région ectodermique la
zone qui va se différencier en région neurale. Une fois cette région
définie, elle va se différencier. 2) Différenciation dorso-ventrale du système nerveux
Rappel: Uniquement vertébrés. Après formation du tube neural, celui-ci va
se différencier. L'étude de ce phénomène a été la mieux décrite et
comprise au niveau de la moëlle épinière (plutôt qu'au niveau du cerveau). La moëlle a deux rôles principaux: renvoyer au cerveau les informations
sensorielles; coordonner la réponse motrice. Ces différentes fonctions du
système nerveux périphérique sont séparées dans l'espace. Ce qui est
sensoriel est dorsal; moteur est ventral. Entre: les interneurones, qui
comme leur nom l'indique relaient certaines des informations sensorielles
et motrices. Un peu plus en détail: sur la face ventrale, des cellules
gliales (cellules de soutient) forment la plaque du plancher (floor plate).
Les motoneurones se différencient latéralement à la plaque du plancher; le
corps cellulaire reste donc là et envoit son axone vers une cible (muscle).
Partie sensorielle: système différent: une population de cellules situées
à la jonction entre la plaque neurale et l'ectoderme (et se retrouvant
après formation du tube à la partie dorsale de celui-ci) va sortir du tube
et migrer dans l'embryon, les crêtes neurales. Description des voies de
migration dorsale et ventrale + dérivés de la crête. Vue simplifiée...
Explication rapide des techniques utilisées pour déterminer et les voies de
migration et les voies de différenciation: chimère caille poule de Nicole
Le Douarin, injection DiI. Résultat de la migration des progéniteurs
sensoriels en dehors du tube est que le corps cellulaire du neurone se
trouve à l'extérieur. Regroupement des neurones en ganglions rachidiens
dorsaux. [pic]
A) Polarité dorso-ventrale: interactions tissulaires
Les études ont été initialement faites chez le poulet et le xénope; les
résultats obtenus ont été corroborés par l'étude de mutants souris et
poisson-zèbre.
Etant donné la polarité du tube neural, on peut émettre 2 hypothèses: 1)
les différences sont acquises de manière autonome par le tube nerveux ou 2)
des signaux extrinsèques au tube neural jouent un rôle dans cette
polarisation. C'est cette dernière hypothèse qui s'est révélée vraie: les
signaux qui contrôlent l'induction des différents types cellulaires de la
moëlle sont localisés dans deux tissus distincts externes au système
nerveux. Les types cellulaires dorsaux et ventraux sont spécifiés de
manière indépendante
[pic]
Mise en place des types cellulaires ventraux
Cell 1991 Feb 8;64(3):635-47. Control of cell pattern in the developing
nervous system: polarizing activity of the floor plate and notochord.
Yamada T, Placzek M, Tanaka H, Dodd J, Jessell TM
- Identification de marqueurs moléculaires spécifiques de sous-types
cellulaires du tube nerveux. Anticorps monoclonaux
- Expériences