MORPHOGENESE CRANIO FACIALE Cours du Professeur
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MORPHOGENESE CRANIO FACIALE Cours du Professeur Cuisinier PACES 2010/2011 1ere partie 1 Ce polycopié a été réalisé à partir des vidéos des cours donnés en amphithéâtre tout au long du semestre par des tuteurs de la spécialisation dentaire. Il ne représente en aucun cas une référence pour le concours et peut comporter des erratas (l’erreur est humaine), ce document n’ayant pas été corrigé par le professeur responsable de la matière. En espérant toutefois qu’il vous aide lors de vos révisions ou vous éclaircisse les points non compris du cours, L’équipe du tutorat d’odontologie 2 COURS 1 ORIGINE ET DEVENIR DES CRETES NEURALES (=CCNs) Introduction : Les CCNs sont à l’origine d’un essaimage cellulaire a travers tout l’embryon et se fixent sur des zones de différenciation appelées placodes et sont ainsi à l’origine de la mise en place de multiples tissus et organes dont les dents. Rappel : le développement embryonnaire est le résultat de la mise en place de 3 feuillets : -l’endoderme à l’origine des viscères -le mésoderme à l’origine des muscles et du squelette -l’ectoderme à l’origine du SN et de la peau En 1868, William HIS a observé une bande de cellules situé entre le tube neural et l’ectoderme : cellules de crêtes neurales mais ce n’est que dans les années 1970 que Nicole LEDOIRIN grâce a des chimères caille/poulet a mis en évidence les étapes de leur dissémination et de leur différenciation. Objectifs du cours : comprendre l’origine, le devenir et rôle des crêtes neurales dans la formation de la dent. 1/ Formation et mise en place des CCNs : Vues transversales 3 Vers le 21ème jour du développement embryonnaire, la notochorde induit l’ectoderme sous jacent pour devenir le neuroectoderme qui sera à l’ origine du tube neural et de la plaque neural. Macroscopiquement, le bourrelet neural délimite la plaque neurale en forme de raquette qui s’allonge dans le sens antéro-postérieur et s’invagine en formant un sillon médian qui s’appelle la gouttière neurale. Sur les vues transversales, on observe l’invagination de la gouttière neurale qui va former le tube neural et des amas de cellules se détachent des lèvres latérales de la plaque neurale constituant les cellules des crêtes neurale. En quittant le neuroectoderme les cellules des crêtes neurales perdent leur caractère cohésif. A cette même période la lame mésodermique primitive qui sépare l’ectoderme de l’endoderme se divise en trois bandes longitudinales de par et d’autre du mésoderme chordal : -le mésoderme para axial ou somitique, -le mésoderme intermédiaire et -le mésoderme latéral qui se dédouble en deux feuillets. 4 Peu avant le 25ème jour, le tube neural se renfle d’avant en arrière de 3 vésicules : -Le proencéphale ou cerveau antérieur avec le bourgeon naso-frontal (BNF) -Le mésencéphale ou cerveau moyen -le rhombencéphale ou cerveau postérieur La partie rostrale, c'est-à-dire la partie antérieure du rhombencéphale montre des signes de segmentations transitoires appelées les rhombomères. Il y a 8 rhombomères. A partir de ces 8 rhombomères les cellules des crêtes neurales vont migrer pour former des structures dupliquées qui se développent de chaque coté de la future face et du cou et fusionnent au niveau de la ligne médiane. Ces structures sont les arcs pharyngés. Les niveaux de BMP (Bone morphogénétique protéines) qui sont des facteurs de croissance de la famille des TGF béta sont cruciaux pour la spécification de la plaque neurale et de la bordure neurale donc de la crête neurale. Les BMP en particulier 2, 4, 5 et 8 sont présentes dans tout l’ectoderme déjà à la veille de la gastrulation (avant la formation du tube neural). Les niveaux de BMP sont cruciaux pour la spécification (cad la différenciation du tube neurale) et donc la formation de tout le SN. Les BMP sont exprimé tout le long de l’axe dorso-crânio-caudal et leurs molécules antagonistes sont produites en situation ventrale par le mésoderme et surtout par la chorde. Ils établissent un gradient dorso-ventral et un gradient crânio-caudal très subtile. C'est-à-dire un champ morphogénétique spécifique et complexe qui va 5 induire la différenciation cellulaire du tube neural. Les antagonistes de la BMP tels l’activine, la chordine, Noggin, gremline, BMP3… sont complexes et nombreux. Les niveaux de BMP varient très peu d’un niveau à l’autre mais sont suffisants pour établir une différenciation cellulaire à chaque niveau voire d’une cellule à l’autre à l’intérieur du tube neural. La BMP a un gradient inverse de ses inhibiteurs (antagonistes) ce qui permet de contrôler très bien les mécanismes de différenciation. Les CCNs possèdent une capacité migratoire remarquable ainsi qu’une diversité phénotypique importante puisqu’elle donne naissance à de nombreux types cellulaires différenciés, incluant : les cellules pigmentaires (les mélanocytes), les neurones, les cellules gliales ainsi que les cellules sympathico-adrénergiques. Ces cellules des CN sont à l’origine de toutes les cellules du SNC mais aussi d’une grande partie des os du crane et cellules osseuses et cartilagineuse tels que la thyroïde, les poils, une grandes partie des yeux, de la glande surrénale et du cœur, tout le système dentaire (dent, parodonte, à l’exception de l’émail d’origine épithéliale). Ce sont des cellules pluripotentes capable de se différencier en un grand nombre de type cellulaire mais elles ont aussi une spécification : il n’y a que les cellules des crêtes neurales crâniennes qui seront capables de former les éléments du squelette crânio-facial et en particulier les dents. 6 2) Mise en évidence des crêtes neurales : -technique de marquage vitale spécifique : suive un type de cellule spécifique pendant toute leur migration. Les premiers marquages étaient fluorescents puis radioactifs. Le problème avec ce type de marquage c’est qu’à chaque fois qu’une cellule se divise, l’intensité du marqueur est divisée par deux (puisqu’on a mis une quantité fixe de molécules marquées). On ne pouvait donc pas suivre les cellules des crêtes neurales sur toute leur distance de migration. -Travaux de Nicole LEDOURIN : (sur les chimères cailles/poulets) a permis de mettre en évidence les crêtes neurales et surtout leur migration et les zones ou elles vont se différencier. Les chimères chirurgicales permettent de suivre des cellules étrangères jusqu'à leur lieu de différenciation. Quand on regarde ces cellules en microscopie électronique à transmission ou au microscopie optique, on voit que les cellules de caille ont toutes leur chromatine regroupée autour du nucléole alors que les cellules du poulet ont une chromatine répartie sur l’ensemble du noyau. Le problème c’est que les poules n’ont pas de dents donc pour suivre la morphogénèse dentaire et le rôle des crêtes neurales on ne pouvait que faire des suppositions. -Marquage par la green fluorescence proteine : (récent) On modifie le génome de la cellule pour qu’elle exprime cette protéine donc quand elle va se multiplier les deux cellules filles vont sécréter la même quantité de marqueur. 3) Voies de migrations des CCNS : Les cellules qui colonisent le 1er arc pharyngé dérivent de la partie postérieure du mésencéphale et des rhombomères 1, 2,3 du rhombencéphale. Les cellules issues du pro encéphale et de la partie antérieure du mésencéphale colonisent le BNF 7 Les cellules céphaliques fournissent la majeure partie du tissu mésenchymateux, du squelette crânien, le SNC en totalité et le système sensitif en partie. Les cellules vagales en arrière du rhombencéphale vont donner le système nerveux entérique (digestif). Les cellules troncales fournissent les mélanocytes, les ganglions sensitifs et sympathiques, les cellules médullaires de la glande surrénale. Cellules lombo-sacrées donnent le système nerveux intestinal au niveau lombo sacrée Les cellules gliales et les mélanocytes peuvent venir de l’ensemble du territoire des CCNs. 8 Au niveau céphalique, on retrouve le pro encéphale (télencéphale diencéphale), le mésencéphale (tubercules quadrijumeaux et les pédoncules cérébraux), le rhombencéphale (futur cerveau post, bulbe rachidien, cervelet, la protubérance annulaire). Les cellules provenant de ces zones là vont migrer sous l’ectoderme dans le mésoderme dans des espaces peu cellulaires puis à l’intérieur des arcs pharyngiens ainsi que le bourgeon naso-frontal. 4) Rôle des CCNs dans la formation du germe dentaire : Expérience de 1984 d’association/réassociation : Lusden Technique : -Chez un embryon de souris à un stade développement de 6 à 12 somites on prélève 2 zones : les cellules de la crête neurale et les cellules du trou neural avant la fermeture du tube neural complète. -Dans un embryon plus développé de 13 à 34 somites on prélève 2 zones : le 1er arc pharyngien et une ébauche de membre que l’on trempe dans la trypsine qui résorbe la membrane basale et permet ensuite grâce à des précelles de détacher l’épithélium du mésenchyme. On garde les épithéliums uniquement dans cette expérience. On réassocie les épithéliums avec les prélèvements qu’on a fait chez l’embryon plus jeune. On met ces réassociations en culture 12 jours in vivo. Résultats : - si on met en culture l’épithélium de l’ébauche de membre seul sans le réassocier on obtient un tissu épithélial. - si on met des cellules des crêtes neurales seules en culture on obtient du tissu cartilagineux et du tissu nerveux. - si on associe les cellules des crêtes neurales avec l’ébauche du membre on obtient du tissu osseux, du tissu cartilagineux et du tissu nerveux. -si on associe les cellules des crêtes neurales avec le 1 er arc pharyngé on va obtenir du tissu osseux (du parodonte) et du tissu dentaire. Conclusion : Ce sont les cellules des crêtes neurales qui sont impliquées dans la formation du tissu dentaire mais il n’y a développement d’un organe dentaire que si les cellules des crêtes neurales sont associées avec un épithélium spécifique, compétent. Il existe donc une information génétique au niveau de l’épithélium oral. 9 5) transition épithélio-mésenchymateuse : Avant leur migration, les cellules des crêtes neurales vont subir une transition épithélio-mésenchymateuse puisque au départ ce sont des cellules qui proviennent de l’ectoderme (cellules épithéliales) : cellules progénitrices neuroépithéliales qui vont se transformer en cellule de primordium de crête neurale puis en CCN prémigratoire et enfin en CCN migratoire. On va passer d’un morphotype épithélial à un phénotype mésenchymateux. Les étapes aboutissant aux CCNs prémigratoires sont sous la dépendance de la BMP4 qui va contrôler la spécification puis la délamination. Avec leur transformation les cellules des crêtes neurales modifient leurs sécrétions. Au départ les cellules pro génitrices sécrètent des protéines typiques des cellules épithéliales : la N-cadhérine, puis sous l’action de la BMP4 on a l’expression de 2 gènes : Slug et RhoB, puis on a une disparition de la sécrétion de Ncadhérine au niveau des CCN prémigratoire. L’intégrine alpha4 béta1 est une protéine spécifique des cellules mésenchymateuses. Cette transition épithélio mésenchymateuse est valable pour tous les mésenchymes et pas uniquement la dent. Elle est responsable de la formation de certains cancers comme le cancer du foie (hépatocytes qui redeviennent des cellules mésenchymateuses). Les cellules épithéliales sont principalement caractérisées par les molécules d’adhésion : les E cadhérines, les claudines, les occludines, les desmoplakines et les cytokératines 8, 9, 18 et la mucine. Les cellules mésenchymateuses (ex : les fibroblastes) sont caractérisées par : la fibronectine, la vimentine, la vitronectine, des filaments d’actines, une protéine spécifique FSP1, des récepteurs au FGF en particulier le FGFR 2 (sur la membrane cytoplasmique des fibroblastes). 10 La transition épithélio-mésenchymateuse peut se faire dans les deux sens. 6) Contrôle génétique : Il existe des marqueurs moléculaires contemporains des processus de morphogénèse qui sont exprimées de façon segmentaire et qui vont respecter les limites morphologiques entre les rhombomères et les arcs pharyngés. Parmi ces gènes du développement on compte les gènes Hox (les plus connus) et qui sont groupés en complexes suivant l’axe rostro-caudal de l’embryon. Néanmoins les cellules de crêtes neurales issues des rhombomères 1 et 2 n’expriment pas de gène Hox (Hox négatives) et vont coloniser le BNF et le 1er arc pharyngien (responsable de la formation dentaire). Les cellules issues des autres rhombomères vont-elles exprimées le gène Hox. Les cellules des crêtes neurales issues du rhombomère 2 vont coloniser le 1er arc pharyngé et vont donner le cartilage de Meckel qui va donner par ossification le Malleus et l’incus (os endochondraux ou enchondraux). Le rhombomère 2 va aussi produire tous les os membraneux de la face. Il y a à ce niveau expression de gènes Hox divergents tels Msx1, Dlx, Barx. Au niveau du 2ème arc pharyngé non concerné par la formation de l’organe dentaire il y a expression du premier gène Hox (le plus antérieur) qui est Hox a-2. Les cellules des crêtes neurales issues du rhombomère 4 vont donner le cartilage de Reichert qui va donner l’apophyse styloïde et le stapes (os du système auditif). Ce sont des os enchondraux. 11 Au premier stade de spécification (stade d’activation) des crêtes neurales, les gènes précoces (qui expriment des facteurs de transcription pour la plupart) sont Sox, Sox9, twist, Slug ( : Snail), Msx1, Zic1 et Pax3. Ils sont activés de manière séquentielle par des signaux qui proviennent du mésoderme, de l’ectoderme et des crêtes neurales elles même. On a toujours le champs morphogénétique des BMP 2, 4, 5 et 8 qui s’exprime de manière très faible au niveau de la plaque neurale et de manière beaucoup plus forte au niveau de l’ectoderme. On a d’autres activateurs d’activation cellulaire comme le gène du FGF, le gène Wint, l’acide rétinoïque et le gène Notch. Dans les autres stades de spécification des crêtes neurales (: maintenance et migration), on a à peu près les mêmes gènes qui s’expriment mais avec des activités différentes. La maintenance ou survie cellulaire des cellules des crêtes neurales est contrôlée par 3 gènes globalement : le gène Snail/Slug, le gène FoxD3 et Sox10/ SoxE. 12 Résumé : Les gènes impliqués dans le développement des CCNs : L’induction des mécanismes de formation des CCNs se fait grâce aux BMP (à l’exception de BMP3), Wint, Notch, les FGFs et l’acide rétinoïque. D’autres gènes vont assurés le contrôle du cycle cellulaire, l’adhésion intercellulaire et les modifications du cytosquelette (la majorité des gènes ont plusieurs fonctions).Tout ceci va entrainer la détermination dorso-ventrale de la différenciation des CCNs, la ségrégation des CCNs en fonction de l’axe rostrocaudal, l’inhibition de l’apoptose des cellules des crêtes neurales (maintien de la population) et la transition épithélio-mésenchymateuse. 7) Des proteines particulières : les EPHRINES et leur récepteur EPH : Les Ephrines A et B ont sur les cellules des crêtes neurales des récepteurs EPH pour intervenir dans le balisage des voies migratoires des cellules des crêtes neurales, en particulier au niveau antérieur (ou segment rostral) de l’embryon. Le contact ligand/récepteur sont très complexes et vont entrainer des réactions multi géniques qui vont 13 induire la multiplication, la différenciation ou la coopération cellulaire. Si une cellule exprime l’Ephrine B2A et sa voisine l’Ephrine 4, une séparation va se faire entre elles et une différenciation de cellules mésenchymateuses en cellules épithéliales va se faire également. Conclusions : Les CCNs colonisent le bourgeon naso-frontal. Elles proviennent de la partie antérieure du pro encéphale et du mésencéphale. Ce sont les cellules de la partie postérieure du mésencéphale et des rhombomères 1, 2 qui colonisent le premier arc pharyngé et qui vont donner naissance à l’organe dentaire. On trouve dans la pulpe de la dent des cellules mésenchymateuses qui sont encore des descendantes des crêtes neurales ce qui nous permet de développer des thérapies en utilisant ces cellules multipotentes qui peuvent se différencier en cellules cardiaques, en neurones ou reformer la cornée (premier application chez l’homme en 2010). Ces cellules souches ont beaucoup plus de potentialité que les cellules souches stromales de la MO et les adipocytes par exemple. 14 COURS 2 ASPECTS MORPHOLOGIQUES DE L’ODONTOGENESE Pour donner des soins adaptés et de qualité on ne peut pas se limiter à connaître uniquement les pathologies carieuses pas et parodontales qui sont infectieuses. On se retrouvera également avec des anomalies dentaires et il est important que l’on est des connaissances fondamentales des mécanismes qui y aboutissent. Pour simplifier, on a : Anomalies de : - nombre : dent surnuméraire, absente… - de forme : ex : dent riziforme -> en forme de grain de riz. Incisives centrales ayant une forme atypique… - structure : ex : dent mal formée, où l’émail ne s’est pas développé. L’émail étant absent, la dent va s’user très rapidement (usure complet de la dent à 10 ans). - position : correction plus simple par chirurgie ou par traitement orthodontique pour faire migrer les dents. Dans ce cours on va comprendre l’importance du dialogue qu’il existe entre l’épithélium et le mésenchyme (c’est un ectomésenchyme car les crêtes neurales sont dans le mésenchyme). La première structure qui se met en place est un épithélium odontogène (capable donner dent) en plus des crêtes neurales. Pour former une dent on a besoin d’une crête neurale et d’un épithélium. Ensuite nous verrons les modifications morphologiques liées à la formation des lames dentaires, à l’apparition des placodes et l’évolution de ces bourgeons dentaires qui vont avoir une forme de cupule et une forme de cloche. Le stade de la cloche dentaire sera suivi par la formation de la racine et la formation du parodonte. 15 Les épithéliums odontogène apparaissent à partir du 36 ème jour de développement embryonnaire au niveau de la partie inférieure du bourgeon nasal. A partir du 38ème jour ils vont fusionner pour donner l’épithélium odontogène continu au niveau du maxillaire. Au niveau maxillaire inférieur = mandibule on n’a qu’un seul épithélium odontogène de part et d’autre qui va se développer pour occuper tout le territoire de la future mandibule. Donc en bas on dit que c’est un épithélium odontogène mandibulaire. Vue MEB (Microscope Electronique à Balayage) de la face d’un embryon humain de 7 semaines. On voit très bien le procès nasal médian qui fusionne avec le procès nasal latéral. Les procès maxillaires (de part et d’autre) avec des zones de fusions = sutures. Sutures, si malformation, à l’ origine de fente palatine et labiale (bec de lièvre). Les problèmes de sutures sont également la cause de certaines agénésies dentaires. On voit au niveau mandibulaire qu’on a un procès mandibulaire continu sans zone de fusion. 16 La genèse de l’organe dentaire résulte d’un dialogue, d’interactions, entre l’épithélium et le mésenchyme. Nous le verrons aujourd’hui uniquement sous forme anatomique, morphologique et nous verrons son évolution histologique, en passant de l’épithélium odontogène, la lame vestibulaire, la lame dentaire primaire avec les mécanismes de régionalisation dans cette lame dentaire primaire puis les stades d’évolution du bourgeon dentaire Avec : -au stade du bourgeon juste un épithélium et un mésenchyme. -ensuite au stade de cupule on commence à avoir la formation de tissus spécifiques : organe de l’émail, une papille ectomésenchymateuse et le début de la formation du sac folliculaire -> structure qui entoure le germe dentaire et qui sera à l’origine du tissus osseux alvéolaire, du ligament alvéolo-dentaire et du cément. Une lame dentaire secondaire apparaît et sera à l’origine des dents permanentes. La lame dentaire primaire donne les dents temporaires. Représentation de plusieurs manières la situation anatomique et histologique que nous allons rencontrer. Au milieu diapositive nous avons des vues horizontales = vues quand on est à l’intérieur de la cavité buccale et que l’on regarde la mandibule ou le maxillaire. Vues frontales = vues qui sont dérivées de coupes histologiques. (A droite de la diapositive) Schéma expliquant le devenir des 2 lames : on part d’un épithélium odontogène. On a la formation d’une lame dentaire et d’une lame vestibulaire qui sont très proches. Cette lame vestibulaire va être à l’origine du sillon vestibulaire (sillon vestibulaire = espace entre nos dents et la joue = le vestibule). La lame dentaire se transforme en lame dentaire primaire qui va donner 10 germes dentaires par arcade (10 germes dentaires au maxillaire, 10 germes dentaires a la mandibule). 17 Il va y avoir après sur la lame dentaire primaire l’apparition d’une lame dentaire secondaire qui, elle, va nous donner 16 germes dentaires au maxillaire et 16 à la mandibule ce sont les dents définitives (on a 32 dents). Sur la vue horizontale au centre de la diapositive on voit que la lame dentaire et la lame vestibulaire au stade de l’épithélium odontogène sont 2 lames continues. On voit sur la lame frontale que l’épithélium odontogène est un épaississement localisé de l’épithélium. La forme en fer à cheval de la lame vestibulaire donne une idée précise de la forme du futur maxillaire et de la future mandibule. On voit sur les coupes frontales qu’à partir de l’épithélium odontogène on va avoir 2 petites protubérances qui se forment : la lame vestibulaire et la lame dentaire. La grande différence est que la lame vestibulaire reste continue alors que la lame dentaire est discontinue. On voit des renflements qui apparaissent, chacun de ces renflements est une placode et chacune de ces placodes va donner une dent. La surface de l’épithélium va se modifier c'est-à-dire qu’au niveau en regard de la lame dentaire vestibulaire on va avoir des apoptoses cellulaires et un sillon qui va se creuser et qui deviendra le vestibule. Les placodes vont continuer, donc la lame dentaire va continuer à se développer, à s’allonger dans le mésenchyme puis elle va changer de forme avec une forme de petit bouton, on parle du stade de la cupule, cette cupule va s’invaginer. Il va y avoir une individualisation au centre de cette cupule, donc au centre de la cloche, d’une papille mésenchymateuse. Sur le schéma au niveau de la papille mésenchymateuse : tout ce qui est en bleu = épithélium que l’on appelle l’organe de l’émail, c’est cette partie du germe qui va assurer la formation de l’émail dentaire. La papille ici dessinée en rouge = zone où l’on trouve les cellules des crêtes neurales et c’est à partir de cette papille que l’on va avoir l’apparition des odontoblastes qui sont les cellules qui vont sécréter la dentine. Situation histologique au tout début du développement dentaire au stade de l’épithélium odontogène. Il y a 2 zones à différencier au niveau épithélial : -zone correspondant aux flèches noires : épithélium buccal formé de 2 à 3 couches de cellules. -zone correspondant aux 2 flèches rouges : épithélium odontogène se différencie de cet épithélium buccal par une épaisseur plus importante liée à l’augmentation du nombre de couches cellulaires. Donc l’épithélium odontogène apparaît comme un épaississement localisé de l’épithélium buccal. Ce qu’il y a d’intéressant : même à ce stade très primaire/primitif du développement on note déjà dans le tissus conjonctif sous-jacent à l’épithélium une accumulation cellulaire et donc c’est ce tissus délimité sur la diapositive par les pointillés rouges qui contient les cellules des crêtes neurales. Autre aspect intéressant de cette diapo : présence à proximité de notre future papille mésenchymateuse de vaisseaux qui se sont différenciés en même temps dans le mésenchyme. 18 Comment peut-on expliquer la formation de l’épithélium odontogène. Cet épithélium est formé de plusieurs couches cellulaires mais lorsqu’on a mesuré le nombre de divisions cellulaire on s’est aperçu qu’il n’y avait pas d’augmentation du nombre de divisions cellulaires au niveau de l’épithélium odontogène. Ce qui explique la formation de l’épithélium odontogène c’est un changement d’orientation du fuseau mitotique lors de la division cellulaire. Dans l’épithélium oral la plaque équatoriale est perpendiculaire à la membrane basale. Et donc dès qu’on a une multiplication on obtient une élongation de cet épithélium. Au niveau de l’épithélium odontogène la plaque équatoriale est parallèle à la membrane basale et donc chaque division va entrainer une superposition cellulaire, la création d’une nouvelle couche cellulaire. Donc avec le même rythme de prolifération on va observer une invagination dans le tissu conjonctif sous-jacent par rapport à l’épithélium buccal. Au niveau de l’ectomésenchyme donc du mésenchyme qui a été colonisé par les cellules des crêtes neurales. A priori lorsqu’on voit la coupe histologique on peut penser que dans cette zone on a eu une augmentation de la prolifération cellulaire, en fait il n’y a pas d’augmentation de la prolifération cellulaire. L’augmentation de la densité par rapport au mésenchyme périphérique est liée évidement au fait que l’on a des cellules des crêtes neurales qui ont migré donc on a augmenté le nombre de cellules et également que ces cellules des crêtes neurales qui sont arrivées n’ont pas la même activité sécrétoire que les fibroblastes qui les entourent. Les cellules des crêtes neurales vont sécréter beaucoup moins de matrice extra cellulaire que les fibroblates du mésenchyme. C’est ce qui crée cet aspect de condensation cellulaire 19 Cet épithélium odontogène va donner naissance à des lames dentaires (la lame dentaire primaire puis la lame dentaire secondaire). Ces placodes dentaires qui apparaissent comme on l’a vu vont passer du stade bourgeon au stade de cupule et au stade de cloche dentaire. On voit sur la partie droite de la diapositive les évolutions morphologiques qui vont aboutir à former une dent. Important : la forme de la cloche dentaire, la forme finale, correspond exactement à la forme de la dent qui va apparaître. Donc la cloche dentaire présente sur le schéma va donner une dent qui va avoir 2 cuspides (cuspides = pointes des dents, les molaires et prémolaires ont plusieurs cuspides) donc cette cloche dentaire va surement donner une molaire, ça dépend de l’angle de coupe, avec 2 cuspides. Si cloche dentaire devait donner une incisive on aurait une cloche dentaire régulière et non pas de double structure comme ici. L’individualisation de la forme de la cloche est le moment où l’on commence à voir la différence qui se fait entre la cupule âgée et la cloche c’est à ce moment que l’on commence à avoir une information sur le type de dent qui va être formée. Sur ces coupes histologiques on se rend beaucoup mieux compte de l’évolution de ces mécanismes. En haut on a l’épithélium buccal, en dessous la lame dentaire (en dessous cf vidéo) à ce stade on voit déjà la future papille avec condensation importante qui apparaît noire, on voit également des cellules qui sont allongées et qui non pas tout à fait la même forme par rapport à ces autres cellules épithéliales et on voit apparaître une structure qui est l’ébauche 20 du futur sillon vestibulaire (au niveau de la flèche en haut à droite). Ce mécanisme va continuer et on va arriver au niveau de la cupule (coupe du dessous) avec différenciation beaucoup plus forte et l’on voit un organe de l’émail qui a commencé à s’organiser avec ses cellules palissadiques cylindriques qui vont être à l’origine des améloblastes =cellules qui assurent la sécrétion de la matrice amélaire et la croissance de l’émail. On voit au stade de la cupule une très forte concentration mésenchymateuse. On voit également des petites lamelles osseuses = ébauche de la crypte osseuse qui va entourer le germe (ici : microscopie à transmission donc on ne voit que des gris, on le verra mieux tout à l’heure). Le stade du bourgeon : Sur cette préparation en microscopie optique avec une coloration rouge hématoxyline-éosine qui permet de bien voir les structures de l’émail, On voit l’épithélium buccal -> quelques strates, et notre lame dentaire primaire qui s’est allongée. Si l’on en fait une coupe (en bas de la diapo) on va voir la membrane basale qui entoure toute la lame dentaire, des cellules épithéliales de remplissage, qui n’ont pas d’organisation particulière, pas de forme cylindrique que l’on peut retrouver dans les cellules basales et de l’autre coté on retrouve la membrane basale. La lame dentaire qui était au tout début un épithélium continu, à ce niveau là devient discontinu, chacun de ses bourgeon est une entité bien définie leur nombre est contrôlé par le code génétique et chacun de ces bourgeons va donner une dent différente avec une forme et une structure différente. Au niveau de la partie épithéliale de ce bourgeon dentaire il y a une structure qui est à l’extrémité et qui s’appelle le nœud de l’émail primaire (en vert sur le dessin) -> joue un rôle analogue à la crête apicale ectodermique dans le développement des membres. Les cellules constituant le nœud de l’émail n’ont pas de différence morphologique ( on ne les distingue pas sur le coupe) mais on a pu mettre en évidence par hybridation in situ des molécules de signalisation et des facteurs de transcription qui ne sont pas exprimés par les autres cellules épithéliales. C’est une structure transitoire qui va disparaître au stade suivant et on verra qu’il y a d’autres nœuds de l’émail (nœuds de l’émail secondaire) qui vont apparaître après. Dans la partie ectomésenchymateuse on ne voit pas encore non plus d’organisation particulière. On voit un vaisseau (important) et l’on voit à l’intérieur de la papille, couleur rouge clair également des vaisseaux. Donc cette partie est richement vascularisée, on aura besoin de beaucoup d’éléments nutritif pour former une dent, de beaucoup d’ions et donc il faut une circulation sanguine de bonne qualité. Ce que l’on voit bien sur cette image avec une jolie coloration bleue ciel ce sont les lames osseuses primaires (à droite de l’image) qui sont l’ébauche de l’os mandibulaire et de l’os maxillaire en fonction d’où l’on se trouve. Ces lames osseuses sont à l’origine de l’os basal et non pas de l’os alvéolaire (l’os alvéolaire est l’os qui entoure la dent et qui se forme au moment où se forme la racine) si on enlève une dent cet os alvéolaire disparait c’est pour ça que chez les vieilles personnes avec une prothèse totale en bas cet os alvéolaire disparait et les prothèses ne tiennent plus mais il reste toujours l’os basal, ces 2 tissus osseux ont une origine embryologique différente. A ce stade du développement les travées osseuses que l’on voit c’est l’os basal de la mandibule et du maxillaire ce n’est pas l’ébauche de l’os alvéolaire. 21 Stade de la cupule (suit le stade du bourgeon) 2 stades de développement : stade de la cupule jeune et le stade de la cupule âgée. Au moment de la formation de la cupule jeune on voit que la partie épithéliale va commencer à s’évaser (au niveau du bourgeon elle était quasiment plate) on a l’impression que la partie épithéliale continue à se développer et qu’elle butte contre la partie ectomésenchymateuse et qu’elle va l’entourer. Donc au départ elle était plate elle butte contre ces structures et donc elle va se développer latéralement pour entourer la papille ectomésenchymateuse. C’est au stade de la cupule jeune que la partie épithéliale prend le nom d’ organe de l’émail. Elle commence à être différenciée si on effectue une coupe le long de l’axe rouge (flèche sur le schéma à gauche de la diapositive) on va traverser 2 couches cellulaires très spécifiques. Au niveau externe on a l’E.D.E « Epithélium Dentaire Externe » puis on traverse une zone claire (sur la préparation histologique) qui sont des cellules épithéliales indifférenciées de remplissage, c’est dans cette couche que l’on va retrouver le nœud de de l’émail primaire. Ensuite on arrive à un épithélium qui est l’E.D.I. « Epithélium Dentaire Interne ». Donc « interne » et « externe » c’est par rapport à la papille, donc soit on est à l’intérieur de la cupule EDI soit on est à l’extérieur de la cupule. On voit que la caractéristique de ces 2 épithéliums dentaires est l’apparition de cellules cylindriques allongées, on a une évolution très remarquable de la morphologie cellulaire par rapport aux cellules d’un épithélium de recouvrement classique comme celui de la cavité buccale. Dans la partie ectomésenchtmateuse on ne voit rien de particulier, on voit quand même quelques petits vaisseaux. On remarque que par rapport au cliché précédent on commence à avoir une organisation des tissus qui entourent le germe dentaire, on à l’impression qu’il y a des fibres, des couches cellulaires qui entourent le germe dentaire, cette structure s’appelle le sac folliculaire. Le sac folliculaire qui entoure le germe dentaire va être impliqué dans la formation de la racine. 22 La cupule va continuer à évoluer pour devenir une cupule âgée. Entre ces 2 stades on a 2 grands changements au niveau épithélial : disparition du nœud de l’émail primaire et un changement de forme des cellules de remplissage de l’organe de l’émail. (rq : pas de forme spécifique de ces cellules au stade cupule jeune). Lorsqu’on passe au stade suivant ces cellules s’organisent pour former le « Réticulum Etoilé » -> cellules ayant une forme d’étoile avec d’énormes espaces intercellulaires qui sont remplis de GlycoAminoGlycanes hydrophiles (GAG), on le voit bien au microscope optique. Sur le dessin qui correspond à une coupe dans une lèvre de l’organe de l’émail on voit également une différenciation entre l’E.D.I. et l’EDE. L’E.D.E. : cellules cylindriques, elles restent de petite taille. Tandis que dans l’E.D.I. les cellules commencent à s’allonger énormément, très grandes cellules qui vont donner les améloblastes. Ce sont donc des cellules cylindriques polarisées. Au niveau de la papille ectomésenchymateuse. Au niveau de la papille ectomésenchymateuse on voit beaucoup de taches rouge clair qui correspondent à des vaisseaux on a donc une vascularisation importante qui s’organise. On remarque qu’on a une vascularisation importante autour de l’organe de l’émail en regard de l’E.D.E. il faut beaucoup de vaisseaux pour assurer la vascularisation de notre futur organe de l’émail et de notre future papille. La lame dentaire primaire existe toujours, elle va devenir discontinue et va même disparaître. Après on gardera une cloche dentaire totalement indépendante. Lame dentaire secondaire et les bourgeons de remplacement 23 C’est au niveau du stade de la cloche dentaire que vont se former la lame dentaire secondaire qui va donner les bourgeons de remplacement à l’origine des dents permanentes. On voit sur ces radiographies d’enfants au départ (radio du haut) 10 dents de lait puis lorsque l’enfant grandi (en bas) on voit apparaitre les germes des dents permanentes en position linguale ou palatine par rapport aux germes des dents temporaires. Sur la lame dentaire primaire qui a donné la première incisive temporaire on va avoir une lame dentaire secondaire qui va donner la première incisive permanente. Sur le germe de la 2ème incisive temporaire on va avoir une 2ème lame dentaire qui va apparaître et qui va former la 2ème incisive (incisive définitive). Même chose pour la canine… pour la première molaire temporaire on va avoir une lame dentaire secondaire qui apparaît et qui va nous donner une 1ère prémolaire définitive. Par contre sur la lame dentaire primaire de la seconde prémolaire ou 2ème molaire temporaire, il va apparaître une lame dentaire beaucoup plus importante qui va nous donner la seconde prémolaire définitive, la 1ère, la 2ème et la 3ème molaire définitive. Sans qu’il y ait d’anomalie de développement le nombre de molaires peut ne pas être fixé à 3, il peut y avoir 4 molaires. On voit aussi sur ce schéma que les lames dentaires secondaires qui vont donner la 1ère, la 2ème molaire ont de la place pour s’orienter dans le mésenchyme et devenir verticales. La 3ème molaire est un peu bloquée par les 2 autres c’est pour ça que très classiquement les dents de sagesses ont des problèmes d’orientation et qu’on est obligé d’enlever beaucoup de dents de sagesses qui sont horizontales au lieu d’être verticales parce qu’il n’y avait pas assez de place pour que cette lame dentaire secondaire devienne parallèle au 2 autres. On va également observer une apoptose de la lame dentaire primaire qui va commencer à disparaître et à se résorber. Stade de cloche On va avoir apparition dans l’organe de l’émail d’une nouvelle couche, une nouvelle structure cellulaire qui est le stratum intermédium. On ne le voit pas bien sur la préparation car comme l’on a un grossissement entre chaque étape de la placode, le bourgeon était tout petit la cupule un peu plus grosse mais pour la cloche on a une structure qui peut atteindre 1 à 2 mm de diamètre. Donc le grossissement de la microscopie optique va diminuer, on voit les tissus mais on voit moins bien les structures cellulaires. Coupe au niveau de la lèvre épithéliale (flèche rouge) on va avoir l’E.D.E., le R.E. (on le voit très bien, il est clair) et puis on a une petite couche cellulaire qui s’appelle le Stratum Intermédium (S.I.). le S.I. est formé de cellules épithéliales allongées dont l’axe est perpendiculaire à l’axe des cellules de l’E.D.I. Dans l’organe de l’émail on voit également apparaitre au centre de la cloche (partie interne) des cellules très très allongées avec des noyaux situés du coté opposé à la membrane basale ce sont les préaméloblastes. Donc le développement de l’émail va débuter au centre de la cloche. Si on a une dent avec 2 cupules (comme sur les dessins) on aura nos premiers améloblastes à la partie la plus antérieure des futures cupules. La différenciation cellulaire se fait ici et va après en direction de la périphérie et en direction du centre du sillon. Sur le schéma on a au niveau des cupules des préaméloblastes qui se transforment rapidement en améloblaste et à la périphérie on a encore des cellules épithéliales allongées mais qui ne sont pas encore des préaméloblastes Au niveau de la jonction entre l’E.D.I. : couche de cellules cylindriques et l’E.D.E. on a la formation d’une structure qui s’appelle la Gaine de Hertwig juste à l’endroit où les 2 populations épithéliales se rejoignent, la membrane basale fait un replis très fort qui est la gaine de Hertwig. La gaine de Hertwig va s’allonger pour former la racine dentaire. 24 On voit également à ce stade la structuration du sac folliculaire (SF que l’on voit très bien sur la coupe histologique) et de la crête osseuse l’os étant coloré en bleu ciel. Caractéristiques du stade de la cloche : -organe de l’émail : -mise en place d’une 4ème couche cellulaire le S.I. -formation de la gaine de Hertwig qui sera à l’origine de la formation de la racine. -mise en fonction des nœuds de l’émail secondaires, chaque nœud de l’émail correspondant à une future cuspide. En fonction de la dent il peut y avoir de 1 à 5 nœuds de l’émail secondaire. -différenciation cellulaire : -partie ectomésenchymateuse : apparition des Odontoblastes, cellules qui commencent à sécréter de la dentine (cf cours sur la dentinogenèse) -E.D.I. On voit apparaitre les améloblastes (cf cours sur amélogenèse) -La dent a à peu près sa forme définitive -il y a la formation d’une crypte osseuse entourant la cloche -on voit apparaitre les lames dentaires secondaires pour les dents successionnelles -la lame dentaire primaire commence à se détruire par apoptose. On voit sur le schéma que la lame dentaire primaire commence à se détruire par apoptose. La cloche dentaire va être séparée de la lame dentaire primaire. C’est à partir de la lame dentaire secondaire que l’on va former la dent permanente. 25 Récapitulatif de toutes les étapes : -épithélium odontogène : épithélium plus épais avec un début de condensation dans le mésenchyme -dédoublement des lames : lame vestibulaire et lame dentaire. -bourgeon : se développe, l’épithélium continu à s’enfoncer dans le mésenchyme, la condensation ectomésenchymateuse qui se voit de plus en plus -la cupule : jeune et âgée -la cloche dentaire avec la forme définitive de la dent, disparition de la lame dentaire primaire ainsi que la formation de la lame dentaire secondaire La formation de ces structures vient d’un dialogue entre l’épithélium et l’ectomésenchyme qui vont se différencier en même temps, au même endroit en regard l’un de l’autre. Les premiers odontoblastes apparaissent en regard des premiers améloblastes. Les tissus vont être chronologiquement synchronisés. On a plusieurs étapes : 1 : l’initiation : formation de l’épithélium odontogène, il y a un message qui passe entre l’épithélium et l’ectomésenchyme 2 : détermination de l’identité dentaire 3 : détermination de la forme 4 : Différenciation cellulaire 26 Actuellement on sait que ces dialogues se font sur la base de l’expression de molécules de signalisation particulières. En particulier avec un ensemble de gènes Hox négatif, msx, dlx… c’est la combinaison des différents gènes et de leurs protéines qui va aboutir à l’identité dentaire. C’est un mécanisme à peu près identique à celui qu’on observe durant la formation de glandes, des cheveux et également des écailles. Les dents sont en fait juste des écailles qui ont migré dans la cavité buccale, on a des poissons qui ont des écailles qui ont des structures très proche des dents de requin. 27 COURS 3 INTERACTIONS EPITHELIO-MESENCHYMATEUSES DANS L’ODONTOGENESE But du cours : montrer les concepts qui ont dominés l’embryologie avant que la régulation moléculaire de l’odontogénèse s’impose il y a 10/15 d’années. (Les régulations moléculaires de l’odontogénèse seront traitées dans le cours qui suit). Il faut rappeler que les interactions épithélio-mésenchymateuses dans les développements des organes ont toujours été un domaine clé et ça s’est construit sur une série d’expériences qui ont permis de comprendre exactement le rôle des différents tissus et leurs interactions. Les inductions instructives et permissives. Au niveau du rectangle rouge on a les inductions permissives c’est un facteur inducteur qui ne modifie pas l’engagement tissulaire mais permet au tissu de s’engager dans une voie où il aurait dû s’engager. Donc on ne va pas, par exemple, entrainer une modification épithélio-mésenchymateuse par contre si un tissu qui est en place est appelé à se développer plus fortement dans la morphogénèse c’est dû à une induction permissive. Les inductions instructives par opposition (carré en bas vert et bleu) sont de 2 types. Ces inductions vont modifier l’engagement du tissu dans une voie spécifique. Le signal instructif peut provenir de 2 mécanismes différents : ça peut être du à une molécule diffusible qui va traverser une portion de l’embryon. On va définir ce domaine traversé comme un champ morphogénique. Dans ce champ morphogénique on aura des gradients de molécules instructives différentes. Donc en suivant ce gradient (carré en bas à droite où il y a des différences de densité de points) on aura la mise en place de tissus, d’organes différents. Dans notre cas on pourra avoir par exemple passage des incisives à molaires, première molaire, deuxièmes molaire, troisième molaire… par des diffusions différentes de molécules instructives. Ce signal instructif peut être dû également au contact entre 2 tissus. C’est ce que l’on voit dans le carré bleu (en bas à gauche) où le contact entre ces 2 tissus va imposer une modification du tissu. Pour différencier les inductions instructives dues à une diffusion ou à un contact il suffit de faire des expériences d’association-réassociation en mettant entre les tissus un filtre qui empêche des molécules de passer. 28 Ces interactions épithélio-mésenchymateuses sont connues grâce à des expériences de dissociation-réassociation dont on a déjà parlé dans les cours précédents. La base du mécanisme est d’utiliser une enzyme, la trypsine pour dégrader la membrane basale qui sépare les 2 tissus et on peut juste après, en exerçant une force mécanique et en tirant sur les 2 tissus avec des précelles, les séparer. On peut ainsi réassocier des tissus qui ont différentes origines, différents temps, qui n’ont pas la même durée de développement embryonnaire pour voir quel tissu va induire un changement dans l’autre tissu (où se trouve le mécanisme inducteur). Ces expériences d’association-réassociation, si elles permettent bien de voir quel est le tissu responsable de l’instruction, ne permettent pas de déterminer le type de molécule. Donc en fait on a contourné ce problème en imbibant des particules ou des sphères, aves des molécules, des facteurs de croissance, des molécules inductives pour voir quelle était la molécule qui était en jeu. Un exemple de fonctionnement de ces expériences d’association-réassociation avec 2 tissus de recouvrement : -Un tissu cutané caractérisé par la présence de poils, de glandes sudoripares (ici tissu en rose) -une muqueuse de recouvrement dont la structure est un kératinisé ou non kératinisé où il n’y a pas de glandes sébacée ou de poils. (partie haute de la diapo). Si dans le tissu muqueux on découpe une fenêtre dans laquelle on met l’ensemble du tissu cutané, que l’on met ces tissus en culture, on va garder notre phénotype tissu cutané : c'est-à-dire que l’on va garder les poils et les glandes sudoripares. (partie basse de la diapo). 29 Si l’on fait une expérience similaire c’est-à-dire que l’on va utiliser toujours un tissu muqueux mais que l’on ne greffe que la partie épithéliale sur ce tissu muqueux et que l’on remet en culture, on va obtenir un tissu muqueux uniquement. Ce qui veut dire que l’information, l’identité tissulaire, est contenue dans le mésenchyme à ce stade. Il y aura une induction mésenchymateuse pour transformer le tissu épithélial où il y avait des poils et des glandes sudoripares en un tissu épithélial de recouvrement de muqueuse. Plan Dans le domaine de l’odontogénèse on a 3 grandes parties : - la 1ère partie est la régionalisation de l’arc pharyngé. -la 2ème partie : On le début réel de l’odontogénèse avec un stade d’initiation, il comprend la détermination du site dentaire et l’identité dentaire dans ce site. -3ème étape : étapes de la morphogénèse avec la détermination de la morphologie dentaire, la différenciation cellulaire, la minéralisation tissulaire qu’on verra en particulier à la fin du cours sur l’amélogénèse et la dentinogénèse. 30 Vue relativement récente de ces différentes étapes et des facteurs qui interviennent dans le dialogue épithéliomésenchymateux. Dans ce cours on verra principalement ce qu’il y a dans le carré rouge : c’est la détermination de la région et de l’identité dentaire, ce qui chez la souris correspond à un passage de 10 jours de développement embryonnaire à 11/12 jours de développement. On va avoir à ce moment-là apparition de la placode dentaire sous l’effet de gènes, que l’on verra en détail. Puis dans la dernière étape du cours d’aujourd’hui (partie droite de la diapo en dehors du carré rouge) on verra l’influence des interactions épithélio-mésenchymateuses sur la morphogenèse. Sans rentrer dans les détails, on voit que l’on retrouve des molécules de signalisation qui sont toujours à peu près les mêmes qui sont produites au niveau de l’ectoderme : BMP, FGf, SHH, WINT et TNF. Au niveau du mésenchyme on retrouve les BMP et l’activine dans le stade initial puis on va trouver BMP, FGF et WINT. Pour l’organe dentaire on a conduit des expériences d’association-réassociation dans les années 60 à 80. L’expérience (dans le carré rouge) a consisté à des réassociations de tissus de la peau avec des tissus de l’organe dentaire : ici (en bleu) un tissu épithélial cad le futur organe de l’émail et du mésenchyme de peau (rose). Lorsqu’on le remet en culture on obtient de la peau. A ce stade là, si on réassocie un épithélium de la peau avec la papille mésenchymateuse dentaire, on obtient une dent. On voit bien qu’à ce stade de développement l’information est contenue de la partie mésenchymateuse. On sait qu’en fait il s’agit d’un tissu ecto-mésenchymateux car l’on retrouve des cellules originaires de la crête neurale. 31 La régionalisation du 1er arc pharyngé. Elle a été montrée par des expériences réalisées par Lumsden. Il a montré que si l’on associait-réassociait un épithélium du 1er arc avec un épithélium du 2ème arc en fonction de la chronologie on n’avait pas le même succès dans la production de dents. L’échelle sur la gauche correspond au pourcentage de greffons qui vont donner une dent. Dans la première expérience, l’expérience contrôle, si l’on prend un épithélium du 1 er arc pharyngé avec un ectomésenchyme du 1er arc pharyngé, dans à peu près 100% des cas on va réussir à faire une dent jusqu’à un stade de développement 11 de l’embryon. Dans l’expérience de réassociation du 1er arc avec un ectomésenchyme du 2ème arc (courbe avec les ronds), on voit qu’on a une transition très forte du nombre de dents formées : à partir du 11ème jour où l’on ne va plus arriver à former de dents. Ca nous montre bien qu’à partir du 11ème jour, la formation dentaire dépend de la présence d’un ectomésenchyme du premier arc. Maintenant les expériences inversées : on associe un épithélium du 2ème arc avec soit l’ectomésenchyme du 1er arc (courbe avec les points noirs) soit l’épithélium du 2ème arc avec l’ectomésenchyme du 2ème arc pharyngé, c’est l’expérience contrôle (en bas -> trait horizontal). Conclusion : le 2ème arc pharyngé n’est pas capable de donner de dents. Par contre à partir du 11ème jour on s’aperçoit que si l’on a greffé un ectomésenchyme du 1er arc on va commencer à former des dents. Donc cette expérience montre qu’au 11ème jour du développement de l’embryon de souris, l’induction instructive bascule et passe de l’épithélium à l’ectomésenchyme. Le même type d’expérience mais l’on se focalise sur le 1er arc pharyngé et l’on sépare la partie rostrale de la partie caudale entre le jour 9 et le jour 10 de développement embryonnaire. On voit que le 1er arc pharyngé se régionalise à ce moment là. Dans la partie rostrale c’est du jour 8 au jour 10 que l’épithélium joue un rôle inducteur. A partir du 11ème jour c’est l’ectomésenchyme qui devient inducteur à son tour. On a donc la régionalisation du 1er arc pharyngé qui apparait dans cette fenêtre entre le 8ème et le 9ème jour. 32 En résumé sur le stade d’initiation. En utilisant uniquement des expériences d’association-réassociation, hétérotopiques et hétérochroniques, on peut en conclure que les placodes dentaires proviennent d’un dialogue entre un épithélium et un ectomésenchyme avec 3 périodes : -la période d’initiation qui se traduit par une régionalisation et une segmentation du 1er arc pharyngé avec détermination du site odontogénique et la formation des placodes dentaires. -Enfin on aura des interactions épithélio-mésenchymateuses qui vont permettre la détermination de la forme de l’organe dentaire. -Cette morphogénèse donnera la nature, la fonction de la future dent, donc une incisive ou une molaire en fonction de l’endroit où elle se forme. La morphologie ou comment est ce que la croissance cellulaire différentielle au niveau d’un épithélium peut permettre l’apparition d’une morphologie? 33 La morphologie dentaire se détermine au stade de la cloche. L’organe de l’émail s’est organisé avec différentes couches cellulaires et structures à l’intérieur : - un épithélium dentaire (en noir sur les dessins), -un épithélium dentaire interne, -un épithélium dentaire externe, -un réticulum étoilé (résille sur le schéma) -un stratum intermédium qui a une structure cellulaire qui se situe entre le réticulum étoilé et l’épithélium dentaire interne. A un moment du développement il va y avoir l’apparition d’une structure qui s’appelle un nœud de l’émail. Ce nœud de l’émail correspond à des cellules qui ne prolifèrent plus et qui sortent du cycle mitotique. Les cellules de part et d’autre de ces zones vont continuer à proliférer. Donc au tout début quelques cellules quittent leur activité de prolifération mais les cellules (en noir) de l’épithélium dentaires continuent à proliférer. On a donc un mécanisme de croissance différentielle. Il va se former un repli qui va devenir de plus en plus important (plusieurs replis possibles). Chaque repli va correspondre à la cuspide d’une dent. Sur le schéma on a une dent avec 2 cuspides où on voit apparaître dans un second temps un 2ème nœud de l’émail (3ème schéma du haut) qui va se développer avec le même mécanisme que l’autre mais comme il y a une différence chronologique on va définir une morphologie dentaire qui va être caractérisée par une cuspide vestibulaire plus prononcées que la cuspide palatine. Notion de centre de signalisation Ces nœuds de l’émail sont des centres de signalisation. Par définition, un centre de signalisation est une structure cellulaire transitoire responsable de la synthèse de facteurs de transcription et de molécules de signalisation qui vont déterminer localement l’activité cellulaire d’un territoire tissulaire. Au cours de la formation dentaire on a successivement 3 types de centres de formations (=centres de signalisation) : -un centre de signalisation précoce (au moment où l’on a la formation de la placode) au stade d’initialisation donc au 11ème jour. -on a un centre de signalisation qui est appelé le nœud de l’émail primaire entre le 13ème et le 14ème jour du développement embryonnaire de la souris -plus tard après la disparition du nœud de l’émail primaire, on a l’apparition du nœud de l’émail secondaire vers le 15ème/ 16ème jour du développement embryonnaire. 34 Au stade d’initiation, le 1er centre de signalisation appelé le centre de signalisation précoce, va permettre le bourgeonnement épithélial responsable de la formation de la placode dentaire. A ce stade on a un signal épithélial (cf avant) qui va entrainer une activité dans l’ectomésenchyme. Le signal épithélial correspond à la sécrétion de BMP4 qui va entrainer au niveau de l’ectomésenchyme l’expression du gène MSX1. MSX1 est également activé par la BMP2 du tissu mésenchymateux. Le 2nd centre de signalisation, le nœud de l’émail primaire, correspond au niveau morphologique au stade de la cupule dentaire. Il apparait à la fin de l’évolution du bourgeon, à la partie apicale du bourgeon et reste actif de 24 à 36h jusqu’à ce que débute le stade de la cupule. L’apparition de ce centre de signalisation est sous la dépendance de la BMP4 ectomésenchymateuse. Rq : On a vu avec les expériences d’association réassociation qu’à certains moments que c’était le mésenchyme qui avait les molécules capables d’induire le développement dentaire, donc cette molécule c’est principalement la BMP4 qui a été activée par le gène MSX1 situé également au niveau du mésenchyme. L’activité de BMP4 va entrainer l’expression dans l’épithélium de certains gènes ou certains facteurs de croissance comme MSX2, BMP2 et P21. P21 et BMP2 dans l’épithélium sont des molécules pro-apoptotiques donc c’est l’apparition de ces molécules qui va entrainer la disparition de ce nœud de l’émail primaire. Après les nœuds de l’émail primaires vont apparaitre des nœuds de l’émail secondaires qui vont correspondre aux futures cuspides de la dent (cf diapo précédente). On voit déjà sur ce schéma à ce stade là que les molécules qui vont entrainer des variations morphologiques sont produites au niveau de l’épithélium : ce sont les BMP4 et 2 qui entrainent l’apoptose et les FGF 4 et 9 qui vont entrainer eux une prolifération dans le mésenchyme (ou ectomésenchyme) et dans l’épithélium. 35 Des préparations d’hybridation in situ qui correspondent au nœud de l’émail primaire. Le nœud de l’émail primaire se situe dans la partie épithéliale au centre de la cupule (dessiné sous forme de sphère rouge en bas à gauche). Ce sont des expériences d’hybridation où on a marqué certains facteurs de croissances en particulier les Fgf -3, Fgf –4 et Fgf-10 (fibroblast grows factors). C’est au niveau du nœud de l’émail que sont produits les Fgf 3 et 4 : la fgf 4 est vraiment localisée exactement au niveau du nœud de l’émail primaire (coupe au milieu en haut de la diapo). Le fgf 3 est synthétisé au niveau du nœud de l’émail mais également dans l’ectomésenchyme sous-jacent (coupe en haut à gauche). Rq : bien qu’on ait une sécrétion de Fgf 3 abondement dans tout le tissu qui entoure le nœud de l’émail on n’observe pas une prolifération au niveau de ce nœud de l’émail. Ceci est dû au fait que les cellules du nœud de l’émail n’expriment pas de récepteurs aux Fgf donc elles ne réagissent pas à cet afflux de facteurs de croissances. Le résultat va donc être une activité de prolifération cellulaire très importante autour du nœud de l’émail qui va entrainer le passage du stade cupule au stade de cloche et qui va donc permettre à l’organe dentaire embryonnaire de se développer. Associée à cette absence de récepteurs aux Fgf , on a également une sécrétion au niveau du nœud de l’émail de facteurs pro-apoptotiques p21, EF1, BMP4 et BMP2. Sous l’effet de ces 2 mécanismes on contrôle très exactement la durée de vie de ce nœud de l’émail à 24/36h chez la souris. On voit à gauche des coupes histologiques faites à travers les cupules d’une première molaire de souris au stade 13 jours et 14 jours. Le marquage BrDU permet de voir la prolifération. On voit ainsi qu’au 13 ème jour on a une prolifération autour de l’organe de l’émail, la prolifération qui se continue au 14ème jour mais on voit une limite très nette entre le nœud de l’émail et les tissus qui l’entourent. On voit à droite des reconstitutions 3D de coupes faites tout le long de la dent. On voit les territoires de la dent et le marquage BrDU (premières reconstitutions à gauche) : au niveau du centre de la future cuspide on voit bien qu’on n’a pas de prolifération cellulaire. On prend ensuite tout à droite le facteur P21 (pro apoptotique) où on voit qu’il est exprimé de manière très importante au 14ème jour au niveau du centre de la future cuspide. Une fois que le nœud de l’émail a disparu sont expression est beaucoup plus faible. 36 Des dents un peu plus complexes avec des nœuds de l’émail secondaires. On voit par hybridation in situ, cad la même méthode que précédemment, une reconstitution 3D (à droite) avec en fonction des jours l’expression des facteurs qui contrôlent l’apparition du nœud de l’émail (ici p21). On voit que l’expression p21 correspond exactement dans le développement de la dent où on aura les cuspides, donc on aura une relation directe entre les nœuds de l’émail secondaires et la forme de la dent. Il y a une théorie du module de développement émise en 2000 par Jernvall et Thesleff (chercheuse finlandaise très importante dans le développement dentaire).Développée diapo 19. 37 C’est la création de module et la répétition de ce module qui permet à la fois la mise en place de l’identité et de la morphologie dentaire. Donc un module commun de signalisation se met en place et va déterminer une région avec un potentiel odontogénique. C’est la phase d’initiation. Au cours de cette phase d’initiation on va avoir apparition de plusieurs centres de signalisation qui vont correspondre à des territoires précis et on va avoir la formation de placodes. Avec la multiplication des modules et leur interaction on va obtenir un gradient qui va permettre la mise en place des incisives, des canines, des prémolaires et des molaires. Donc, ce module peut être défini comme formé par des facteurs de transcription, de molécules de signalisation (dont l’expression n’est pas constante tout au long de la génèse dentaire) et de l’activité combinatoire d’homéogènes-molécules de signalisation qui vont conditionnées l’identité. Les facteurs de transcription et les molécules de signalisation vont interagir spécifiquement à chaque étape : bourgeon, cupule, cloche et formation des centres de signalisation. Chez l’Homme cela est très complexe (car on a 3 molaires et des dents de lait) alors que chez la souris c’est un mécanisme relativement simple (car on a un seule type de dent c'est-à-dire l’incisive à croissance continue et une seule molaire). Tout ce qui a été dit précédemment c’était pour la souris du jour 9/10 jusqu’au stade de la cloche tardive au 16ème jour, au moment de l’éruption. Chez l’Homme on va débuter à la 5ème semaine du développement embryonnaire pour arriver à la 18ème semaine du développement avec le début de la formation de l’émail, de la dentine… On retrouve chez l’Homme les mêmes facteurs de croissance dans l’épithélium et dans l’ectomésenchyme avec quelques petites différences. Chez l’Homme la différence c’est qu’on connait surtout le rôle des facteurs de croissance par les pathologies qui sont associées à leur disparition. Ex : pathologie avec disparition de MSX1 avec altération spécifique de forme, de structure et de nombre de dents plus tard. 38
