EMBRYOLOGIE ET DÉVELOPPEMENT DE L’ŒIL ET DES ANNEXES Arnaud SAUER Septembre 2015 AVERTISSEMENT Ce cours demeure la propriété intégrale du Collège des Ophtalmologistes Universitaires de France. Toute utilisation de ce cours à des fins autres que l’enseignement du DES d’ophtalmologie, notamment } } } } Copie, Prêt, cession ou vente, Utilisation à des fins de recherche, d’enseignement, de communication ou de publication, Diffusion par quelque moyen que ce soit est STRICTEMENT INTERDITE. PRE-REQUIS Cours d’embryologie du deuxième cycle OBJECTIFS DU COURS Connaître les éléments principaux de l’embryologie et du développement oculaire Introduction des pathologies oculaires en ophtalmoédiatrie Plan de la présenta-on 1. Embryogénèse 2. Organogénèse 3. Différencia8on 4. Quelques éléments de géné8ques Introduc-on • Œil est une « excroissance du cerveau » • Modèle de développement à induc8on séquen8elle (déclenchement enchaîné) • Interac8on étroite entre les 8ssus sous contrôle de quelques gènes du développement 1. Embryogénèse Période du développement jusqu’à la troisième semaine Comprend les phases de nida8on, segmenta8on, gastrula8on puis blastula8on Les phases ini-ales du développement embryonnaire (1) Segmenta-on et gastrula-on • Trois premières semaines: Segmenta-on du zygote >>> embryon tridermique – Ectoblaste – Mésoblaste – Entoblaste Les phases ini-ales du développement embryonnaire (2) Forma-on de l’encéphale 1. Epaississement de l’ectoblaste en plaque neurale 2. Forma8on des gouUères neurales 3. Division en 3 vésicules cérébrales – – – Prosencéphale Mésencéphale Rhombencéphale 2. Organogénèse Période du développement de la quatrième à la hui7ème semaine Forma8on des futurs organes 2-­‐1. Des ébauches op-ques aux gouHères op-ques Les gouHères op-ques apparaissent de part et d’autre du futur cerveau (tube neural ou neurectoderme) Les ébauches op-ques apparaissent vers le 19e jour, comme deux évagina8ons latérales à la base du futur prosencéphale avant la fermeture du de la gouUère neurale. Elles sont induites par la plaque préchordale. Ces évagina8ons vont abou8r la forma8on des gouHères op-ques. Ectoderme Tube neural Ebauche op-que Coupe horizontale Télencéphal e GouHère op-que Placode cristallinienne Diencéphale Tube neural Ectoderme Embryon 3-­‐4e semaine Coupe frontale Influence de la protéine Sonic Hedgehog • Gradients de concentra8on locale séparent le tube neurale en deux par8es • Ces gradients expliquent la forma8on des deux yeux ØDéfaut = cyclopie 2-­‐2. Des gouHères op-ques aux vésicules op-ques Au cours de la 4e semaine, les gouHères vont former les vésicules op-ques primaires. Les vésicules op8ques s'évaginent au niveau de la future jonc8on du plancher et des faces latérales de la paroi du diencéphale. Les vésicules op8ques restent liées au diencéphale par les pédoncules (ou pédicules) op-ques. Vésicule op-que primaire Pédoncule op-que 2-­‐3. Forma-on de la placode cristallinienne Le contact entre le neurectoderme de la vésicule op8que et la surface de l’ectoderme induit un épaississement de ce dernier: forma8on de la placode cristallinienne Placode cristallinienne 4e semaine 1 2 Vitré primi-f Vésicule op-que FosseVe cristallinienne Neurectoderme / Ectoderme Placode cristallinienne 4e semaine 3 Pédicule op-que Vésicule cristallinienne 5e semaine 1. Epaississement de l’ectoderme entraînant la forma8on de la placode cristalliniene 2. Invagina8on de la placode en fosseVe cristallinienne 3. Sépara8on de l’ectoderme formant la vésicule cristallinienne La vésicule cristallinienne se place dans l’invagina8on de la vésicule op8que primaire, formant le début de la vésicule op-que secondaire Vésicule op-que secondaire Pédoncule op-que 2-­‐4. Fente colobomique et artère hyaloïdienne L'invagina8on de la vésicule op8que primaire en vésicule op8que secondaire intéresse aussi la par8e distale du pédoncule op8que, où se dessine la fente colobomique. Ce`e fente comprend l’artère hyaloïdienne. Vésicule op-que Pédoncule op-que Fente colobomique Défauts de fermeture de la fente colobomique 3. Différencia-on La différencia7on cellulaire est un concept de biologie du développement décrivant le processus par lequel les cellules se spécialisent en un " type " cellulaire visant à la réalisa8on d’une fonc8on La forma8on du globe oculaire se réalise entre la 7e semaine et le 8e mois, notamment par différencia8on au niveau de la vésicule op8que secondaire. Choroïde / Sclère Ré-ne visuelle Epaississement de la par8e interne de la vésicule op8que Densifica8on mésechymateuse Cornée Chambre antérieure Vésicule cristallinienne Artère hyaloïdienne Paupières 3-­‐1. Forma-on de la ré-ne Lors de la 5e semaine, la ré8ne se forme par différencia8on du neurectoderme en 2 feuillets : ré-ne pigmentaire et ré-ne op-que séparées par l’espace ré-nien Ré-ne pigmentaire Ectoderme Espace intraré-nien Vésicule cristallinienne Ré-ne op-que Feuillet externe = Ré-ne pigmentaire • Couche monocellulaire siège de mul-ples mitoses = développement pluristra-fié • Eléments d’ultrastructure – Complexes jonc8onnels précoces (4-­‐5e semaines) – Eléments de la mélanogénèse (4e semaine) – Appari8on des ribosomes, des mitochondries et des re8culum endoplasmiques (7e semaine) Feuillet interne = Ré-ne op-que • Différencia8on en deux zones: nuclée et marginale qui deviendront le neuro-­‐ épithélium • Début de différencia8on au pôle postérieur et de la profondeur vers la superficie Différencia-on de la ré-ne op-que • Elle se fait en 5 phases consécu8ves de la 3e semaine au 8e mois du développement 1. Neuro-­‐épithélium 2. Couches neuroblas8ques interne et externe • • Différencia8on des couches neuroblas8ques Forma8on des membranes limitantes 3. Couches granuleuses et plexiformes 4. Différencia8on des photorecepteurs 5. Vascularisa8on de la ré8ne Différencia-on de la ré-ne op-que 1. Le neuro-­‐épithélium De la 3e à la 5e semaine •Comprend 2 couches: – Externe nucléée ou couche germina8ve • Les cellules se divisent par migra8on des noyaux – Interne anucléée ou voile marginal Différencia-on de la ré-ne op-que 2. Les couches neuroblas-ques interne et externe De la 6e semaine au troisième mois •Forma8on de couche nucléaire interne par migra8on des cellules de la couche germina8ve •La couche germina8ve devient la couche nucléaire externe •Les couches nucléaires interne et externe sont séparées par la couche de Chievitz (dérivant du voile marginal) Différencia-on des couches neuroblas-ques INTERNE et EXTERNE A par5r de la 8e semaine •Les couches les plus internes vont migrer dans le voile marginal secondaire pour donner la couche des cellules ganglionnaires. Les fibres op-ques proviennent des cellules ganglionnaires et occupent le voile marginal secondaire aux alentours du 4-­‐5e mois. •Les couches les plus externes vont migrer vers la couche neuroblas8que externe et donnent naissance aux cellules amacrines et aux cellules de Müller Forma-on des membranes limitantes A par5r de la 6e semaine •La membrane limitante interne est formée des expansions des cellules de Müller et d’une lame basale au contact du vitré •La membrane limitante externe est formée par les jonc8ons latérales entre les neuroblastes (zonula adhérentes) Différencia-on de la ré-ne op-que 3. Les couches granuleuses et plexiformes A par5r du quatrième mois •Division de la couche neuroblas-que externe – Noyaux les plus externes foment les précurseurs des photorecepteurs – Noyaux les plus internes se différencient en cellules horizontales et cellules bipolaires (couche plexiforme externe) Ré-ne pigmentaire Photorecepteurs Cônes et batônnets Membrane limitante externe Couche granulaire externe Couche nucléaire externe Couche plexiforme externe Couche nucléaire interne Couche granulaire interne Couche plexiforme interne Couche des fibres nerveuses 9e semaine de gesta-on Membrane limitante interne Couche des cellules mul-polaires Naissance Différencia-on de la ré-ne op-que 4. Différencia-on des photorecepteurs A par5r du quatrième mois •Noyaux les plus externes de la couche neuroblas8que externe envoient des expansions cytoplasmiques dans lesquelles se développent la ciliogénése •Forma8on d’un cil entraîne une invagina8on de la membrane cytoplasmique et la forma8on de vésicules: les futurs disques de l’ar8cle externe Ré-ne Bâtonnets (130 millions) Vision nocturne et CV périphérique Cônes (6 à 7 millions) vision diurne, couleur (macula +++) Différencia-on de la ré-ne op-que 5. Vascularisa-on de la ré-ne Du quatrième au hui5ème mois •Dérive de l’artère hyaloïde à par8r de deux bourgeons •Vascularisa8on gagne l’équateur à par8r du 7e mois 3-­‐2. Forma-on du vitré Le vitré PRIMITIF A par5r de la sixième semaine •Pénétra8on dans la cupule op8que par la fente colobomique et autour de la vésicule cristallinienne de cellules mésenchymateuses •Migra8on de cellules monocytaires le long du système hyaloïdien •Cellules mésenchymateuses et moncytaires fomrent les hyalocytes foetaux Le vitré SECONDAIRE Jusqu’au 8e mois •Secré8on d’acide hyaluronique par les hyalocytes périphériques •Comblement de l’espace vitréen laissant au centre le vitré primi8f vascularisé formant le futur canal de Cloquet •Regression puis atrophie du système hyaloïdien sous l’effet de la croissance du vitré secondaire L’artère hyaloïde •Branche de l’artère ophtalmique dorsale apparaissant à la 4e semaine •Traverse le vitré primi8f et se proje`e à la face postérieur du cristallin •Thrombose progressive des branches puis du tronc de l’artère hyaloïde au cours du 8e mois sous l’effet de la croissance du vitré secondaire >>> canal de Cloquet 3-­‐3. Forma-on du nerf op-que Le nerf op-que Dès le 2e mois 1.Tige op-que relie la vésicule op8que aux cavités cérébrales 2.Pénétra-on l’artère hyaloïde entourée de mésenchyme par la fente embryonnaire 3.Fermeture par soudure-­‐fusion de la fente fœtale Le nerf op-que (2) 4. Fibrillogénèse (forma8on des axones) – Expansion des cellules ganglionnaires – Axones se dirigent vers la future région papillaire – Reliquat de 8ssu ré8nien du feuillet interne autour de la future papille: la papille épitéhliale de Bergmeister 5. Axones forment un coude et perforent les cellules du pédicule op8que 6. Myélinisa-on progressive à par8r du sep8ème mois 3-­‐4. Forma-on du cristallin Le cristallin • Les étapes allant de la placode cristallinienne à la vésicule cristallinienne ont été décrites lors de l’embryogénèse • La vésicule cristallinienne est formée d’un épithélium de cellules hautes formant entourant la cavité cristallinienne Ré-ne pigmentaire Ectoderme Espace intraré-nien Vésicule cristallinienne Ré-ne op-que Le cristallin (2) Les fibres primaires sont formées par allongement des cellules épithéliales postérieures, comblant progressivement la cavité et a`eignant les cellules épithéliales antérieures, formant le noyau embryonnaire Allongement cellules épithéliales postérieures Cavité cellules épithéliales antérieures Le cristallin (3) • Dispari8on de l’épithélium postérieur transformé en fibres • Croissance du cristallin assurée par les cellules à l’équateur qui ont une ac8vité mito8que intense formant les fibres secondaires qui entourent le noyau embryonnaire Fibres cristalliniennes Cellules équatoriales Le cristallin (4) • La capsule cristallinienne se forme précocement (4-­‐6e semaine) par épaississement de la membrane basale de la placode cristallinienne formant un épithélium pluristra8fié • La zonule se forme tardivement (5-­‐6e mois) à par8r de filaments ectodermiques issus de la vallée ciliaire qui envahissent le vitré et gagnent l’équateur du cristallin • La tunique vasculaire du cristallin est visible dès la 7e semaine et involue progressivement au cours du développement 3-­‐5. Forma-on de la chambre antérieure La chambre antérieure • Elle résulte du développement harmonieux de la cornée et du cristallin, ainsi que du recul du cristallin • Sa forma8on s’étale entre 7e semaine et le cinquième mois • Elle s’approfondie jusqu’à la naissance et lors de la croissance du globe oculaire 3-­‐6. Forma-on de la cornée Ectoderme de surface Proliféra8on mésenchymateuse Vésicule cristallinienne Cupule op8que Proliféra-on mésenchymateuse en regard des extrémités de la cupule op-que Chambre antérieure Ectoderme de surface Mésenchyme Vitré primi8f 6e semaine Epithélium cornéen Endothélium Mésenchyme Matura8on de l’ectoderme en épithélium cornéen Forma8on de l’endothélium lors de la première vague mésenchymateuse 7 et 8e semaine Stroma Epithélium cornéen Endothélium Le stroma cornéen se développe lors de la deuxième vague mésenchymateuse 8e semaine • La membrane de Descemet dérive de l’endothélium cornéen qui l’élabore sous la forme d’une membrane basale (8e semaine) qui va s’épaissir en trois à quatre feuillets et produire des lamelles de collagènes (jusqu’au 4e mois) • La membrane de Bowman apparaît au 4e mois par condensa8on de fibres de collagènes du stroma antérieur 3-­‐7. Forma-on de l’angle irido-­‐ cornéen L’angle irido-­‐cornéen • La forma8on de la cornée laisse à sa base une zone de 8ssu mésenchymateuse en 2 par8es – Externe: 8ssu conjonc8f très dense poursuivant la Descemet, à l’origine du trabeculum cornéo-­‐scéral – Interne: 8ssu conjonc8f lâche qui donnera le trabeculum uvéal • Evolu8ons successives – Canal de Schlemm (3e mois) – Grand cercle artériel de l’iris (4e mois) – Muscle ciliaire qui s’amarre à l’éperon scléral (4e au 6 mois) 3-­‐8. Forma-on de l’iris et du corps ciliaire L’iris • Double origine: mésodermique et ectodermique • Iris mésodermique – Issu de la troisième vogue mésenchymateuse – Recouvre la face antérieure du cristallin formant la lame irido-­‐pupillaire • Por8on centrale: membrane pulpillaire • Por8on périphérique: stroma irien • Iris ectodermique – Extension des bords latéraux de la cupule op8que – Epithéliums iriens antérieur et postérieur pigmenté Membrane pupillaire Vitré Cristallin Artère hyaloïde Le sphincter et le muscle dilatateur de l’iris • Développement au 3-­‐4e mois • Origine neurectodermique à par8r de l’épithélium antérieur • Muscles lisses Le corps ciliaire • Origine mixte: ectodermique et mésodermique • Corps ciliaire mésodermique – Condensa8on du mésoderme péricupulaire au 3e mois – Différencia8on des muscles ciliaires au 5e mois • Corps ciliaires ectodermiques – Plissement de la cupule op8que à la fin du 3e mois – Se différencie en épithélium ciliaire puis en procès ciliaire, pars plana et ora serrata 3-­‐9. Forma-on de la sclère et de la choroïde La cupule op-que est entourée de mésenchyme des les premiers stades Choroïde / Sclère Densifica8on mésechymateuse Cornée Chambre antérieure Vésicule cristallinienne Artère hyaloïdienne Paupières • Au cours de la différencia8on le mésoderme para-­‐axiale se condense formant les trois vagues mésenchymateuse à l’origine: – Du segment antérieur (cf supra) – De la scléro-que par simple condensa8on autour de la cupule – De la choroïde, ini8alement avasculaire, puis progressivement envahie par un riche réseau vasculaire – De la membrane de Bruch, sous la forme d’une membrane basale de la chorio-­‐capillaire 3-­‐10. Forma-on des annexes Les paupières et la conjonc-ve • Les paupières sont d’origine ectodermique (peau) et mésodermique (tarse) • La conjonc8ve est d’origine ectodermique • Forma8on des paupières et de la conjonc8ve en trois phases successives 1. Phase de croissance – De la 5e semaine au 3e mois – Forma8on de 2 bourrelets autour du globe – Soudure épithéliale des deux bourrelets avec en arrière le sac conjonc8val 2. Phase de différencia-on de l’épithélium – Du 4e au 7e mois – Kéra8nisa8on progressive de l’épithélium – Différencia8on progressive des cils, des glandes sébacées et de Meibomius – Développement parallèle du tarse et des muscles au sein du mésenchyme 3. Phase de disjonc-on des paupières – 8e mois Forma-on des paupières en 3 phases: Condensa8on mésenchymateuse Différencia8on Disjonc8on Pupille Iris Bourrelets palpébraux soudés sur le versant épithélial Cornée en forma-on Défaut de disjonc-on des paupières: ankyloblépharon adnatum Les glandes lacrymales • Appari8on au 3e mois sous forme de bourgeons épithéliaux au niveau temporal du fornix supérieur • Forma8on progressive de glande par creusement des bourgeons épithéliaux • Développement post-­‐natal des acinis (1 à 3 mois) Les muscles oculomoteurs • Condensa8on mésenchymateuse précoce (6e semaine) • Localisa8on postérieure gagnant progressivement la sclère • Présence de stria8on des muscles précoce au cours du développement Forma-on des parois de l’orbite • Entre la 4e et la 10e semaine de vie • Appari8on de bourrelets de part et d’autres de l’extrémité céphalique: les arcs pharyngiens I à V (équivalents des arcs branchiaux des poissons) – Premier arc se divise en 1 bourgeon maxillaire et un bourgeon mandibulaire – Les autres arcs sont à l’origine de l’étrier de l’os hyoïde du larynx … D’après creatureandcreator.ca • Développement de la face à par8r de 5 bourgeons 1. Le processus fronto-­‐nasal 2. Les 2 processus maxillaires 3. Les 2 processus mandibulaires • Convergence de chaque processus vers son homologue contro-­‐latéral (défaut à l’origine des fentes) • Forma8on de la future cavité buccale 4. Quelques éléments de géné-que du développement La forma8on de l’œil résulte d’une cascade impliquant des milliers de gènes sous l’effet d’un régulateur principal: le gène PAX6 Le gène PAX6 • Gène commun à de nombreuses espèces • Pilote le développement de l’œil en s’exprimant – Dans la placode cristallinienne puis le cristallin – Dans la neuroré8ne Le gène PAX2 • S’exprime dans la par8e ventrale de la vésicule op8que puis au niveau des racines du nerf op8que • Les cellules exprimant PAX2 n’exprime pas PAX6 • Muta8on >>> Colobome Le gène PITX2 (anciennement RIEG) • Responsable du syndrome de Rieger qui associe des anomalies de la chambre antérieure de l’œil, dentaires et de la paroi abdominale Le gène CRX2 (Cone Rod Homeobox) • Impliqué dans le développement et la maintenance des photoréecpteurs • Pourrait jouer un rôle dans la cone-­‐rod dystrophy, certaines ré8nites pigmentaires ou l’amaurose congénitale de Leber Ce qu’il faut retenir • L’œil présente une origine ectodermique (dérivé du futur cerveau) • Le développement de l’œil se fait par induc8on séquen8elle: chaque phase induit la suivante • Progrès « récents » de la géné8que du développement oculaire Pour en savoir plus • Offret H. Embryologie de l’œil et des annexes. Encyclopédie médico-­‐chirurgicale (21-­‐080-­‐A-­‐10), 1988. • Taylor D and Hoyt CS. Pediatric Ophthalmology and Strabismus (4th Edi7on). Elsevier Saunders. • h`p://www.snof.org/encyclopedie/embryologie-­‐de-­‐loeil
