LE SYSTÈME NERVEUX CENTRAL 2 - Neur-one

[email protected] 1 09/11/2016
Ce document résulte de la copie d’extraits de nombreux articles trouvés sur le Web mais essentiellement de
http://www.embryology.ch/francais/vcns/defgener01.html
LE SYSTÈME NERVEUX
2/2-ORGANOGENESE
Pour en faciliter l'étude, le système nerveux sera donc divisé en deux entités interactives:
 • Le système nerveux central (SNC) ou névraxe qui se développe à partir du tube neural. Il englobe le cerveau (hémisphères cérébraux, diencéphale, tronc cérébral, cervelet) et la
moelle épinière, dont il sera question dans ce module.
 • Le système nerveux périphérique (SNP) comprend une voie sensitive ou afférente et une voie motrice ou efférente, situées en dehors (**) du SNC. Il se développe essentiellement à
partir des cellules des crêtes neurales. Le tube neural donne toutefois naissance aux fibres somatiques motrices ainsi qu'aux fibres préganglionnaires du système nerveux autonome
(voir ci-dessous) et le mésoblaste donne naissance à la dure-mère ou pachyméninge (les léptoméninges = arachnoïde et pie-mère dérivent de la crête neurale) et au tissu conjonctif
des nerfs périphériques.
 (**) Une exception est faite aux fibres somatiques motrices et aux fibres préganglionnaires du système nerveux autonome qui tout en faisant partie du SNP ont des corps cellulaires
situés dans la moelle et dans le tronc cérébral donc dans le SNC !
Dérivés adultes de l'ébauche céphalique, vue sagittale droite
La voie sensitive afférente comprend les neurones somatiques et viscéraux. Elle relaie vers le système nerveux central
l'information reçue de récepteurs situés dans les organes somatiques (peau, muscles) et viscéraux (intestin, poumons, etc...). Les corps
cellulaires des neurones sensoriels sont rassemblés dans les ganglions rachidiens et paravertébraux.

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La voie motrice efférente qui peut être divisée en:
 Voie motrice somatique ou volontaire qui transite par les nerfs crâniens lorsqu'ils sont issus du tronc cérébral et les
nerfs rachidiens (ou spinaux) lorsqu'ils sont issus de la moelle.
 Voie motrice autonome ou végétative (SNA) qui comprend l'ensemble des efférences contrôlant la régulation du
milieu intérieur (homéostasie). Elle est responsable du fonctionnement des neurones moteurs innervant les muscles
lisses des viscères et des vaisseaux sanguins, le coeur et les glandes. La partie préganglionnaire transite avec les
nerfs crâniens ou rachidiens alors que la partie postganglionnaire (pour le système sympathique) transite par un
plexus nerveux qui se distribue dans le corps soit en entourant les branches artérielles, soit en suivant les tronc de
gros nerfs périphériques avant de se distribuer dans les branches terminales.
Le système nerveux somatique moteur et autonome
Le système nerveux autonome (SNA), à l'instar du SNP est également divisé en deux parties:
 le système nerveux sympathique. Sommairement le système nerveux sympathique assure la mise en état d'alerte de
l'organisme et la préparation à l'activité physique et intellectuelle. Neurotransmetteurs associés: la noradrénaline et
l'adrénaline (dilatation des bronches, accélération de l'activité cardio-pulmonaire, dilatation des pupilles)
 le système nerveux parasympathique. Sommairement le système nerveux parasympathique assure la mise au repos
des organes, stimulation du système digestif. Neurotransmetteur associé: l'acétylcholine.
GENERALITES
La morphogénèse du système nerveux est un phénomène très précoce. Elle débute dès le 19e jour avec la formation de la plaque
neurale et toutes les divisions principales du SNC sont formées à partir de la 12e semaine. La maturation en revanche, se poursuit au-delà
de la naissance.
L'histogénèse du SNC aboutit à la formation de 100 milliards de neurones ! Le potentiel mitotique du neuroépithélium est donc
gigantesque mais limité dans le temps puisqu'il s'épuise progressivement entre la 16e semaine et la naissance. Il est toutefois établi
aujourd'hui, chez les mammifères, que des cellules souches neuronales persistent durant toute la vie essentiellement dans la région de
l'hippocampe et du bulbe olfactif. En outre une deuxième vague de neurogénèse postnatale produit un grand nombre d'interneurones
destinés au cortex cérébelleux, à l'hippocampe et aux bulbes olfactifs.
De nombreux processus fondamentaux de développement sont impliqués dans la formation du SNC. Notamment l'induction, la
prolifération, la communication intercellulaire, la migration et la différenciation cellulaire, ainsi que l'apoptose ou mort cellulaire
programmée. Ces phénomènes seront traités en détail dans ce module. La compréhension de l'anatomie cérébrale très complexe est
facilitée par une bonne connaissance du développement embryonnaire.
NEURULATION PRIMAIRE ET SECONDAIRE
De chaque côté de la plaque neurale, des bourrelets se forment et vont progressivement se rejoindre et se souder à partir du 22e jour, en formant le tube neural ou canal neural. Celui -ci est très large
dans la région céphalique et la soudure, qui a commencé au niveau des cinq premiers somites, se poursuit dans les deux directions. La gouttière communique encore avec la cavité amniotique par deux pores, crânial
et caudal, dont la fermeture marquera la fin de la constitution du tube neural, le 26e jour. C'est la plaque neurale, transformée en tube neural, qui est à l'origine de l'encéphale et de la moelle épinière. On a appelé
neurulation ce phénomène d'invagination puis de soudure de la plaque neurale et de la gouttière neurale. En même temps, l'extrémité céphalique de l'embryon commence à former un angle aigu en direction
ventrale : c'est la plicature céphalocaudale.
L'embryon mesure un peu plus de 2 mm (millimètres). C'est pendant cette 4e semaine que se profilent les grandes zones de l'encéphale et qu'apparaissent les premiers neurones et cellules gliales,
ainsi que les ganglions nerveux qui se mettent progressivement en place. Ces ganglions sont issus d'une structure particulière appelée crêt e neurale, ensemble de cellules qui se détachent de la gouttière neurale et
qui vont aussi se différencier en mélanocytes, en cartilages pharyngiens et en certaines cellules cardiaques.
Les somites continuent aussi à se développer et à se diversifier en :
 Sclérotomes qui donneront naissance aux vertèbres,
 Dermatomes >une partie du derme
 Myotomes >muscles.
Le début de la 4e semaine marque aussi la formation des ébauches du tube digestif. L'endoderme antérieur se replie en une formation en doigt de gant : le pharynx. Ce reploiement est corrélatif d'un
mouvement de bascule, en direction ventrale des matériels ectodermique et mésodermique cardiaque situés en avant de l'embryon. Le 25e jour, le pharynx émet ventralement l'invagination thyroïdienne. Dans la
région moyenne de l'embryon, la lame endodermique se replie en une gouttière et forme l'ébauche de l'intestin, qui rejoint bi entôt celle du pharynx au niveau du futur œsophage. Le 27e jour se dessine l'évagination
pulmonaire. A la fin de la 4e semaine, la membrane buccopharyngienne se rompt et forme la bouche. Quant à la membrane cloacal e qui fermera l'intestin, elle ne s'ouvrira que pendant la 7e semaine, pour former
l'anus et les orifices urogénitaux.
En effet, c'est lors de l'apparition de la notochorde et sous l'influence inductrice du mésoblaste axial sous-jacent (plaque
préchordale et portion crâniale de la plaque notochordale) que se développe la plaque neurale Le processus d'induction neurale est
complexe et serait lié à des substances inductrices sécrétées par les cellules mésoblastiques axiales diffusant vers les cellules ectoblastiques

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sus-jacentes où elles activent des gènes responsables de la différenciation de l'épithélium ectoblastique en un épithélium prismatique
pseudo stratifié: le neuro-ectoblaste. Au cours de la 3e semaine, les bords de la plaque neurale se surélèvent, formant des bourrelets
neuraux qui délimitent la gouttière neurale.
La neurulation primaire est la transformation de l'ectoderme de la région sus-chordale en un tube neural primitif. Elle est
contrôlée par l'action inductrice du mésoblaste axial, de la chorde dorsale et de la plaque préchordale. En effet, le rôle inducteur de ces
structures dans la transformation neuroblastique de l'ectoblaste est maintenant bien documenté, alors qu'il avait déjà été reconnu au début
du 20e siècle (Spemann 1924). Le déterminisme du système nerveux passe non seulement par l'induction neuroblastique, mais aussi par la
différenciation de ses populations cellulaires. (voir « Mécanismes moléculaires dans le développement du SNC »).
La neurulation secondaire, par opposition à la neurulation primaire, concerne le développement de la partie terminale de la moelle
épinière à la hauteur du 31e somite (entre la 4e et la 7e semaine). Rappelons que la ligne primitive produit avant de disparaître (29e jour),
une structure mésoblastique qui persiste et qui s'appelle l'éminence caudale. Cette dernière sera à l'origine de la partie caudale du tube
neural et de l'élongation de la moelle épinière. Le cordon initialement plein se creuse d'une lumière qui s'unit au canal neural, il sera
finalement revêtu par le neuroépithélium.
La neurulation secondaire (semaine 4 à 7)
La neurulation secondaire, concerne le développement de la partie terminale de la moelle épinière. L'éminence caudale mésenchymateuse pleine se creuse d'une lumière qui s'unit
au canal neural. 1a éminence caudale mésenchymateuse pleine ; 1b éminence caudale creuse le canal neural s'unit à l'éminence caudale ; 2 tube neural.
FORMATION DU TUBE NEURAL
C'est l'apparition de la plaque neurale au 19e jour, qui constitue le premier évènement de la formation du futur système nerveux La
plaque neurale se développe en avant de la ligne primitive sous forme d'un épaississement médio-sagittal de l'ectoblaste et suit un gradient
cranio-caudal. Le développement de la plaque neurale est plus rapide à l'extrémité crâniale, qui s'élargit en forme de raquette, à l'origine du futur
cerveau. L'extrémité caudale reste étroite et donnera la moelle épinière. Ces modifications sont concomitantes de la gastrulation.
Ligne primitive vue dorsale vers 19 jours Ligne primitive vue dorsale vers 21 jours
Vue schématique dorsale du disque embryonnaire au cours de la 3e semaine montrant l'apparition de la plaque neurale ainsi que la ligne primitive et la formation du processus
notocordal. Sur l'image au stade 9, observer l'élargissement plus marqué « en raquette » de la plaque neurale au niveau rostral. 1 plaque neurale ; 2 processus notochordal ; 3
ligne primitive

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Processus notochordal 19e jour (stade 7)
Représentation schématique de la formation du processus notochordal au 19e jour par invagination des cellules épiblastiques en provenance du nœud primitif. 1 processus
notochordal ; 2 ectoblaste (neuroectoblaste au milieu au-dessus de la chorde) ; 3 entoblaste embryonnaire. (coupe selon C).
En effet, c'est lors de l'apparition de la notochorde et sous l'influence inductrice du mésoblaste axial sous-jacent (plaque
préchordale et portion crâniale du processus notochordal) que se développe la plaque neurale. Le mécanisme d'induction neural est
complexe et serait lié à des substances inductrices sécrétées par les cellules mésoblastiques axiales. Ces facteurs, diffusant vers les cellules
ectoblastiques sus-jacentes, activent des gènes responsables de la différenciation de l'épithélium ectoblastique en un épithélium
prismatique pseudostratifié: le neuroectoblaste. La plaque neurale apparaît donc à l'extrémité crâniale de l'embryon et progresse par
recrutement de nouvelles cellules neuro-ectoblastiques à son extrémité caudale. Au cours de la 3e semaine, les bords de la plaque neurale
se surélèvent, formant des bourrelets neuraux qui délimitent la gouttière neurale 8. La partie la plus antérieure de la plaque neurale
présente un mouvement d'enroulement faisant basculer les territoires antérieurs et dorsaux en position ventrale. Les bords de la gouttière
neurale vont se rapprocher puis s'accoler dès le 28e jour pour délimiter le tube neural, après que ce soit détaché de chaque côté un amas
cellulaire longitudinal issu de la zone de jonction de la gouttière neurale et de l'ectoblaste. Ces amas latéraux constituent les crêtes
neurales. La fusion des gouttières neurales est liée au fait que les cellules neuroectodermiques se reconnaissent et augmentent leur capacité
d'adhésion grâce à l'expression accrue des N-cadhérines et des N-CAMs à la faveur de la E-cadhérine (spécifique des épithéliums).
L'ectoblaste se reconstitue au-dessus du tube neural flanqué de ses deux crêtes neurales. Environ 50% de l'ectoblaste constitue la plaque
neurale, le reste constituera le futur épiderme. La fermeture du tube neural commence dans la région cervicale (au niveau du 4e somite) et
progresse alors simultanément en direction céphalique (le neuropore rostral se ferme au 29e jour) et caudale (le neuropore caudal se ferme
au 30e jour). L'emplacement du neuropore antérieur correspond à la lame terminale du cerveau adulte. Celui du neuropore postérieur,
correspond aux 31 somites (environ S1), où se fera la neurulation secondaire à partir de l'éminence caudale, qui se terminera chez l'adulte
par le cône médullaire. Un défaut de fermeture du tube neural postérieur résulte en une pathologie appelée spina bifida, alors que l'absence
de fermeture du neuropore antérieur est responsable d'une anencéphalie.
LES MECANISMES MOLECULAIRES DANS LE DEVELOPPEMENT PRECOCE DU SNC
Le développement harmonieux du SNC fait appel à des mécanismes de régulation très sophistiqués. Des progrès remarquables
ont été faits au cours des dernières années quant à la compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans toutes les étapes du
développement en passant par l'induction, la prolifération, la différenciation, la migration et finalement l'apoptose Ces découvertes ont
permis de développer largement les connaissances sur le mode de fonctionnement de certaines molécules tels que les facteurs de
transcription et les voies de signalisation intracellulaires spécifiques, aux différents stades du développement embryonnaire.
Les études génétiques sur les invertébrés et les vertébrés inférieurs (nématode, drosophile, souris) ont permis d'identifier des gènes
responsables du développement embryonnaire et d'avoir ainsi une meilleure compréhension du développement du SNC chez l'homme.

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Au cours des dernières années le développement embryonnaire du SNC a pu être attribué à l'interaction complexe entre
différentes molécules sécrétées telles que celles de la superfamille des TGF-p (transforming growth factors) et leur membres les BMPs
(bone morphogenetic proteins), les FGFs (fibroblast growth factors) et les Wnts (wingless related), ainsi que les CAMs (molécules
d'adhésion cellulaire) et certains gènes, en particulier les gènes homéotiques et Pax. Ces facteurs agissent en association et selon une
séquence spatio-temporelle spécifique. C'est l'activation de certains gènes qui déterminera notamment la différenciation des cellules
neuroectoblastiques en neurones ou cellules gliales En outre, des facteurs exogènes tels que l'acide folique et le cholestérol sont également
indispensables au développement harmonieux du tube neural.
Différenciation du tube neural primitif ou la transformation neuroblastique de l'ectoderme
Durant la gastrulation la plaque neurale est induite par la notochorde qui sécrète des substances telles que follistatine chordin et
noggin. Ces substances inhibent la sécrétion de la BMP4 (bone morphogenetic protein) facteur de croissance de la famille des TGF-p
responsable de l'inhibition de la transformation des cellules ectodermiques en cellules neurales (voie d'expression par défaut). Des études
récentes montrent que le FGF réprime également l'expression de la BMP4 à un stade plus précoce.
Schéma présomptif des voies moléculaires de l'induction neurale chez l'embryon vertébré
La transformation des cellules ectodermiques en cellules neurales se ferait par défaut. Cette différenciation neurale est toutefois inhibée par la décharge tonique de BMP en
provenance des cellules ectodermiques. Toutefois, au cours de la gastrulation, des substances telles que follistatine, chordin et noggin sécrétées par la notochorde inhibent l'activé
de la BMP, permettant ainsi à la différenciation de la plaque neurale. En outre, avant la gastrulation, les FGFs agissent en inhibant la transcription (mRNA) de la BMP.
Polarité antéro-postérieure du tube neural
La différenciation du tube neural s'accompagne d'une modulation de l'expression génique dans la notochorde, la plaque préchordale,
l'organisateur isthmique et dans le tube neural.
 Au niveau du prosencéphale - où il n'y pas de notochorde - c'est la plaque préchordale qui joue le rôle
d'inducteur avec l'expression de facteurs de transcription tels que Emx (empty spiracle), Lim et Otx
(orthodenticle).
 En revanche, au niveau du mésencéphale et du rhombencéphale c'est la notochorde et le mésoblaste
para-axial qui jouent ce rôle.
 Le développement de la partie postérieure du tube neural dépend de la présence d'autres facteurs tels que
les FGFs (fibroblast growth factors) ainsi que de l'expression des gènes Hox, cdx et de l'acide rétinoïque.
 Enfin, l'organisateur isthmique est un élément important de l'ordonnance antéropostérieure du cerveau il
exprime notamment des facteurs de croissance tels que FGF et Wnt et en (engrailed). La souris knock-
out Wnt et engrailed présentent des anomalies du développement du mésencéphale et du cervelet.
Facteurs moléculaires sécrétés dans le tube neural en voie de différenciation
Au niveau du prosencéphale c'est la plaque préchordale qui exprime des facteurs de transcription tels que emx, lim et otx, alors qu'au niveau du mésencéphale et du
rhombencéphale c'est la notochorde qui joue ce rôle (expression de gènes Hox et cdx). L'organisateur isthmique exprime FGF et Wnt et en.
Polarité dorso-ventrale du tube neural
Alors que la polarité antéropostérieure est déterminée au stade de plaque neurale, la polarité dorso-ventrale est établie plus
tardivement. Celle-ci est régie par la notochorde qui induit le plancher du tube neural (plus globalement le territoire ventral forme les
plaques basales motrices) Cette région spécialisée du tube neural est constituée par des cellules aux propriétés spécifiques. Elles produisent
notamment des substances chimiotactiques dirigeant la croissance des axones commissuraux vers le côté controlatéral. En outre, le
complexe notochorde-plancher serait responsable de l'induction de la différenciation précoce des neurones moteurs. En effet, c'est le Shh
(sonie hedgehog) une glycoprotéine sécrétée par la notochorde, puis par la plaque neurale qui va induire à ce niveau la répression des
gènes dorsalisants tels que PAX 3 et PAX 7 et permettre la différenciation des neurones moteurs.