Nous aborderons dans ce cours la mise en place de la face

Nous aborderons dans ce cours la mise en place de la face et le développement
de la cavité buccale notamment du palais.
Les objectifs sont les suivants:
‐ décrire la mise en place des bourgeons crâniofaciaux et leur devenir
‐ identifier les structures concernées sur des schémas et être capable de
redessiner les grandes étapes de ce développement
‐ replacer l’origine embryologique de ces structures
‐ connaître la chronologie des évènements.
Les aspects moléculaires liés à la mise en place de ces éléments,
éléments et leur devenir
seront évoqués.
1
1. Introduction
La mise en place de la face et de la cavité buccale s’effectue entre la quatrième
et la dixième semaine du développement chez l’homme et est indissociable
de la formation des arcs pharyngés et de leur colonisation par les cellules
issues des crêtes neurales céphaliques.
1.1. L’évolution du développement embryonnaire chez la souris génétiquement
modifiée présentée sur ces images illustre bien les profonds remaniements
nécessaires à la formation du massif crâniofacial. L’âge de l’embryon est
donné en nombre de somites et ensuite en jour E (la durée de gestation chez
) Ces souris transgéniques
g q
possèdent un
p
la souris est d’environ 19 jjours).
élément de réponse à l’acide rétinoïque lié au lacZ qui permet un crible de
sélection par la coloration bleue (soit ici la construction RARElacZ).
La coloration bleue marque ainsi les zones où l’activité acide rétinoïque est
effective (objectivée par la production d’acide rétinoïque le métabolite actif
de la vitamine A ou rétinol).
Regardez ainsi au jour embryonnaire E9.5
E9 5 le massif crâniofacial signalé par une
flèche.
L'acide rétinoïque est une molécule indispensable au développement, elle peut
aussi se révéler un puissant tératogène (c’est à dire une substance ou un
procédé qui provoque des malformations chez l’embryon ou le foetus quand
la mère est exposée) affectant en particulier le développement de la face et
d palais.
du
l i
2
1.2. Coupes frontales de souris E10.5 Foxg1‐Cre;ROSA26R
Sur ces coupes frontales de souris génétiquement modifiées (par une
construction différente nommée Foxg1‐Cre;ROSA26R) au jour E10.5 du
développement embryonnaire, la coloration bleutée (à la béta‐galactosidase) est
un marqueur, entre autre, des dérivés des crêtes neurales et se retrouve tout
autour de la cavité buccale (voir flèche) en particulier dans les arcs pharyngés.
3
2. Mise en place de la face
2.1. La semaine 4
Tout commence à la quatrième semaine du développement.
embryon mesure entre 2 (début) et 5 (fin) millimètres.
millimètres Les régions crâniales et
‐ LL’embryon
cervicales (cou) constituent environ la moitié de la longueur de l’embryon.
‐ Au début de la 4ème semaine, l’embryon est encore rectiligne. Les somites
forment des saillies nettement visibles à sa surface (le 1er somite est apparu au
20ème jour). Leur nombre sert à exprimer l’âge de l’embryon jusqu’à la fin de la
4ème semaine qui correspond au stade de développement 28 somites. Le tube
neural est fermé en regard des somites mais est ouvert au niveau des
neuropores.
‐ Les plis limitant céphalique et caudal apparaissent respectivement au 22ème
et au 23ème jours.
‐ Au 24ème jour, le neuropore crânial se ferme. A ce moment les 2 premiers arcs
branchiaux sont visibles. Le cœur constitue une volumineuse saillie sous
l’embryon.
‐ Au jour 26, le neuropore postérieur se ferme. Trois arcs branchiaux sont
visibles. Il y a apparition au niveau de l’encéphale, des courbures
mésencéphalique et cervicale. L’ébauche du membre supérieur apparaît, les
fossettes auditives (dépression otique) sont visibles.
u jou
jour 28,
8, quat
quatree pa
paires
es d
d’arcs
a cs p
pharyngés
a y gés so
sontt visibles
s b es aainsi
s que les
es bou
bourgeons
geo s
‐ Au
des membres inférieurs et les placodes ectoblastiques cristalliniennes à l’origine
du cristallin (développement de l’œil). La paroi ventrale est pratiquement
achevée.
4
2.2. Les semaines 4/5
La face en développement est représentée par la région frontonasale (en vert) et
le premier arc pharyngé (en orangé) scindé en bourgeons maxillaires et
mandibulaires. Elle est mise en place au cours du deuxième mois par le
développement et la fusion de 5 bourgeons : le bourgeon frontal ou frontonasal
(en vert), les deux bourgeons maxillaires, les deux bourgeons mandibulaires.
5
2.3. La semaine 6
Au cours de la cinquième semaine deux épaississements ectoblastiques ou
placodes olfactives ou nasales apparaissent sur les aspects latéraux du bourgeon
frontonasal. A la semaine 6 l’ectoblaste au centre de chaque placode nasale
s’invagine pour former une dépression nasale ce qui divise le bord surélevé de la
placode en bourgeons nasaux latéraux (externes, en bleu) et médiaux (internes,
en jaune).
6
2.4. Les semaines 6/7 ‐ semaines 7/8
Les extrémités latérales des bourgeons nasaux médiaux rejoignent les extrémités
des bourgeons nasaux latéraux.
Les bourgeons nasaux latéraux fusionnent avec les bourgeons maxillaires. Ils
participent à la formation des ailes du nez.
A la semaine 6, les processus nasaux médiaux se développent pour s’unir sur la
ligne médiane; ils constitueront la partie médiane du nez.
A la semaine 7, ces processus nasaux médiaux s’étendent vers le bas et les côtés
et fusionnent pour donner naissance au processus intermaxillaire.
Les extrémités
é i é des
d
b
bourgeons
maxillaires
ill i
grandissent
di
pour rencontrer le
l
processus intermaxillaire et s’unir à lui.
La dépression entre le processus nasal latéral et le bourgeon maxillaire est la
gouttière naso‐lacrymale à l’origine du conduit lacrymo‐nasal qui draine l’excès
de larme de la conjonctive de l’œil vers la cavité nasale.
parties latérales des bourgeons
g
mandibulaires fusionnent avec les bourgeons
g
Les p
maxillaires et constituent la partie inférieure de la joue et limitent l’ouverture de
la bouche.
7
2.5. Visage et nez semaine 7‐ semaine 10
Voici schématisée l’évolution des différents bourgeons et les étapes de
formation du nez
Les bourgeons nasaux latéraux fusionnent avec les bourgeons maxillaires.
maxillaires Ils
participent à la formation des ailes du nez.
Les bourgeons nasaux médiaux se développent pour s’unir sur la ligne médiane;
ils constitueront le dos, la partie moyenne et la pointe du nez.
Ces bourgeons nasaux médiaux fusionnés constituent le processus
intermaxillaire d’où dérivent le palais primaire, la partie antérieure de l’arcade
d
dentaire
i maxillaire
ill i et le
l philtrum
hil
ou partie
i moyenne de
d la
l lèvre
lè
supérieure.
éi
Le massif latéral de la face à l’origine des parties latérales de la lèvre supérieure
et de la joue est constitué par la confluence entre les extrémités des bourgeons
maxillaires et le processus intermaxillaire.
8
2.6. Formation des cavités nasales
Quant à la formation de la cavité nasale, les dépressions nasales s’invaginent
(semaines 5‐6) pour former une cavité nasale unique séparée de la cavité
buccale par une cloison épaisse l’aileron nasal (6ème semaine). Cet aileron
s’amincit et forme la membrane bucconasale qui disparait pour constituer le
choane primitif (semaine 7). Le plancher de la cavité nasale est alors limité par le
palais primaire issu du bourgeon intermaxillaire.
Pendant que se forme le palais secondaire, le septum nasal médian formé à
partir du bourgeon frontonasal et des bourgeons nasaux médiaux s’allonge vers
pour fusionner avec la face supérieure
p
du p
palais p
primaire et ensuite
le bas p
secondaire, séparant les fosses nasales droites et gauches.
9
3. Formation et ouverture de la cavité buccale
Comment se forme plus spécifiquement la cavité buccale?
Lors de la formation du mésoderme (3ème semaine du développement embryonnaire),
il persiste deux zones circulaires d’accolement de l’ectoderme et de l’endoderme. La
membrane du côté céphalique est appelée membrane buccopharyngée, celle du côté
caudal est appelée membrane cloacale. Ces membranes deviendront les 2 extrémités
de l'intestin primitif.
A la fin du 1er mois, l’ébauche de la face est centrée par le stomodeum, ou cavité
buccale primitive, qui est limitée :
‐ En haut par l'extrémité du bourgeon frontonasal qui renferme l'extrémité antérieure
du tube neural et forme le plafond du stomodeum. Plus tard, la cavité buccale sera
limitée dans sa partie supérieure par le palais.
‐ Latéralement par les bourgeons maxillaires.
‐ En bas par les bourgeons mandibulaires qui ont fusionné dès la quatrième semaine et
qui forment le plancher du stomodeum. A l'endroit où ils se rejoignent se trouve sur
leur partie inférieure une fissure médiane ventrale qui disparaîtra durant la 5ème
semaine pour donner la lèvre inférieure. Les bourgeons mandibulaires sont séparés des
bourgeons maxillaires par les sillons intermaxillaires.
Au début du 2ème mois, la cavité buccale a l'aspect d'une fente élargie. Au cours du
deuxième mois, les portions latérales des bourgeons maxillaires et mandibulaires,
jusque‐là séparées par les sillons intermaxillaires, fusionnent pour former les joues qui
délimitent définitivement la cavité buccale.
La membrane bucco‐pharyngée se rompt aux environs du 24ème jour et fait
communiquer la cavité buccale primitive avec la partie antérieure (pharyngée) de
l'intestin primitif.
10
4. Aspects moléculaires du développement de la face
4.1. Nous allons aborder quelques aspects moléculaires du développement de la
face en examinant les travaux de Brugmann et collaborateurs.
Sur ces vues de différents stades de développement de la face de la souris à
gauche et du poulet à droite il est possible de repérer le devenir de structures
issues du bourgeon frontonasal et leur participation respective à la formation du
museau ou du bec. Les stades précoces du développement sont relativement
superposables.
LLooking
ki different:
diff
t understanding
d t di diversity
di
it in
i facial
f i l form.
f
B
Brugmann
SA Kim
SA,
Ki J,
J
Helms JA. Am J Med Genet A. 2006 Dec 1;140(23):2521‐9. Reproduit avec la
permission de Wiley & Sons, Inc.
11
4.2. Si l’on s’intéresse comme Brugmann et collaborateurs à différentes espèces
d’oiseaux, à partir de stades précoces identiques (17) et de bourgeons
frontonasaux pratiquement similaires, il est possible de générer des
morphogenèses et morphologies de la face distinctes spécifiques de l’espèce.
Les variations morphologiques
h l
spécifiques
é f
d l’espèce
de
l’ è
sont précédées
é édé par
l’expression différentielle de molécules de signalisation de type facteurs de
croissance comme Fgf8 (fibroblast growth factor 8, facteur de croissance des
fibroblastes 8) ou Bmp4 (bone morphogenetic protein 4, protéine
morphogénétique de l’os 4) ou comme shh sonic hedghog. Des différences
subtiles dans l’expression de ces molécules sont à l’origine de la diversité de
formes.
formes
12
5. Formation du palais
Nous allons maintenant aborder plus en détails la formation du palais véritable
toit de la cavité buccale et plancher des cavités nasales. Chez les mammifères il
participe à l’alimentation, la succion/déglutition et la phonation.
13
5.1. Palais primaire et secondaire
Ce palais se compose de deux parties: le palais primaire en avant du foramen
incisif contenant les quatre incisives maxillaires et le palais secondaire subdivisé
en palais dur parcouru de reliefs, les rugae, et palais mou ou voile du palais dans
sa partie la plus postérieure. Sur le bord postérieur du palais mou se trouve la
luette qui lorsque le palais est relâché repose sur la langue.
14
5.2. Origine embryologique du palais
Rappelons tout d’abord l’origine embryologique
‐ du palais primaire à savoir le bourgeon frontonasal via les bourgeons nasaux
médiaux ou internes et le processus intermaxillaire
‐ du palais secondaire via le premier arc pharyngé et les bourgeons maxillaires.
La formation du palais représente un évènement majeur du développement
crâniofacial. Elle résulte de la confluence dans une suture en forme de Y de trois
bourgeons: le bourgeon prémaxillaire ou palais primaire dérivant du bourgeon
frontonasal et les deux processus ou bourgeons palatins, émanations des
b
bourgeons
maxillaires.
ill i
C processus morphogénétique
Ce
h é éi
aboutit
b i au cloisonnement
l i
du stomodeum, ou cavité buccale primitive, en cavité buccale définitive et fosses
nasales. La fusion de ces bourgeons implique une jonction (suture) locale de
leurs épithélia de recouvrement suivie de la dispersion de cette barrière
épithéliale aboutissant à la continuité du mésenchyme. Des perturbations de ces
évènements complexes sont à la base d’une des anomalies congénitales les plus
fréquentes: les fentes palatines.
palatines Ces fentes palatines et/ou labiales peuvent être
diagnostiquées in utero ou à la naissance. Une fente sous muqueuse peut être
plus difficile à mettre en évidence.
15
5.3. Développement du palais secondaire
Sur cette coupe histologique frontale de la tête d’un embryon de souris du jour
E13 du développement il est possible de repérer la langue (L), les cavités nasales
(N), les bourgeons dentaires (d) et les bourgeons palatins (bp). A partir des
bourgeons maxillaires s’individualisent les bourgeons palatins qui se
développent verticalement et parallèlement aux faces latérales de la langue. Le
gros plan montre que ces bourgeons palatins sont composés d’un corps de
mésenchyme et recouvert d’un épithélium. Cet épithélium peut être divisé en
partie nasale (en vert), en épithélium de la future jonction médiane
correspondant à l’extrémité du bourgeon palatin) (MEE medial edge epithelium
en anglais; en rouge) et en épithélium buccal (en bleu).
16
5.3.1. Développement du palais secondaire ‐ Chronologie
La formation du palais qui est très rapide chez la souris soit environ 4 jours s’étale de la
sixième à la douzième semaine du développement embryonnaire chez l’homme.
Elle peut être divisée en différents stades:
LL’élévation
élévation et la juxtaposition: Les bourgeons palatins (bp) d
d’abord
abord verticaux de part et
d’autre de la langue (L) se développent, s’élèvent, changent d’orientation en devenant
horizontaux et viennent au contact sur la ligne médiane.
L’adhésion: Les deux épithélia de recouvrement des bourgeons palatins (MEE medial
edge epithelium) adhèrent, s’intriquent et forment l’épithélium médian de jonction ou
MES (medial epithelial seam en anglais).
La dispersion/fusion: pour assurer la fusion et la continuité des mésenchymes, les
cellules épithéliales doivent se disperser et disparaître.
La chronologie du développement du palais chez l’homme est la suivante:
‐ Semaine 6&7 Le processus intermaxillaire (processus nasaux médiaux) donne le palais
primaire
‐ Semaines 8&9 les parois médiales des processus maxillaires produisent les processus
palatins verticaux parallèles aux faces latérales de la langue
‐ Semaine 9 élévation et fusion sur la ligne médiane, constitution du palais secondaire
Fusion du palais primaire et secondaire et séparation des fosses nasales de la cavité
buccale.
10 jours environ sont nécessaires pour achever la fusion des bourgeons palatins. La
dispersion de l’épithélium de jonction est souvent incomplète et est associée à la
persistance de restes épithéliaux appelés les perles d’Epstein sur la ligne médiane du
palais.
Cette fusion induit la formation d’une structure équivalente à une suture qui restera
active jusqu
jusqu’àà ll’âge
âge adulte.
adulte
‐ La fusion du palais est terminée à la semaine 12.
17
5.3.2. Dispersion de l’épithélium médian de jonction
Revenons à cette étape cruciale du développement du palais qu’est la dispersion
de l’épithélium médian. Quatre mécanismes pourraient expliquer la dispersion
de la barrière épithéliale: la rétraction/contraction du feuillet épithélial, la
migration des cellules épithéliales de la suture en direction nasale ou orale,
l’apoptose ou la transition épithélio‐mésenchymateuse ("trans‐différenciation").
Les résultats de la littérature suggèrent que les quatre mécanismes sont actifs.
Des reconstructions tridimensionnelles dans le plan sagittal ont établi que des
zones limitées d’apoptose apparaissent au sein de la suture épithéliale la divisant
en îlots individualisés. Ces îlots semblent disparaître ensuite par transition
épithélio‐mésenchymateuse.
Le facteur de croissance Tgf‐beta3 est indispensable à la dispersion de
l’épithélium médian de jonction. Son expression est retrouvée dans l’épithélium
de jonction avant et pendant la fusion.
18
5.3.3. Après la fusion
Après la fusion s’observent les différenciations cellulaires épithéliales et
mésenchymateuses en particulier la formation osseuse.
19
5.3.4. Eléments osseux du palais secondaire
Voici détaillés sur cette figure les éléments osseux du palais à savoir le processus
palatin du maxillaire et l’os palatin séparés par la suture palatine transverse. La
suture palatine médiane séparant les processus palatins est également bien
visible. Ce schéma explicite également la correspondance des éléments osseux
chez la souris et l’homme.
20
5.4. Anomalies de développement du palais
5.4.1. Les fentes labio FL et/ou palatines FP
L'origine embryologique de la fente palatine diffère de celle de la fente labiale
mais celles
celles‐ci
ci peuvent coexister.
coexister
La prévalence des fentes labiales ou labiopalatines varie de 1 sur 500 à 1 sur
2500 naissances, selon l'origine géographique et le groupe ethnique.
On distingue donc les FP isolées sans fente labiale de celles associées à une
fente labiale ou labio‐maxillaire.
‐ Les FP isolées sans fente labiale représentent 25‐30 % des fentes, soit 1 sur
3300 à 1 sur 10 000 naissances. On retrouve 20% de formes héréditaires.
‐ Les FP associées à une fente labiale représentent 45% des fentes, soit 1 sur
2000 à 5000 naissances. La fente palatine met en communication la cavité
buccale avec une seule fosse nasale ou les deux. Environ 70% des fentes
labiopalatines sont des anomalies isolées, non syndromiques.
21
5.4.2. Etiologie des fentes palatines
5.4.2.1. Génétique
L’hérédité des fentes est dites polygénique, multifactorielle.
5 4 2 1 1 Syndromique
5.4.2.1.1.
S d
i
30% des fentes labiales ou labiopalatines font partie d'environ 300 syndromes
malformatifs différents à hérédité mendélienne (1 gène ‐ 1 syndrome; dont le
syndrome de Van der Woude cité ici en exemple) dans lesquels, le plus souvent,
la fente est une anomalie observée parmi d'autres. Dans le syndrome de Van der
Woude la fente peut être associée à des puits/fissures des lèvres, des dents
manquantes ou agénésies
é é i dentaires.
d
i
Le gène
è responsable
bl IRF6
6 (situé
( i é sur le
l bras
b
long du chromosome 1 en 1q32‐q41) code pour un facteur de transcription
appelé facteur de régulation de l’interféron 6.
5.4.2.1.2. Non‐syndromique
Des mutations de TGF‐beta3 sont responsables de fente palatine uniquement
g
cliniques.
q
sans association avec d’autres signes
22
5.4.2.2. Environnement ‐ Etiologies multifactorielles
Pour les fentes labiales ou labiopalatines non syndromiques, les causes sont
souvent complexes et mal connues, multifactorielles mais elles impliquent à la
fois les facteurs génétiques (loci TGF‐alpha; TGF‐beta3, RAR‐alpha)
environnementaux et toxiques. En effet, les facteurs environnementaux, tels que
l'exposition à des produits tératogènes pendant le premier trimestre de la
grossesse (alcool, tabac ou médicaments comme la phénytoine un
antiépileptique), peuvent moduler la susceptibilité génétique.
23
5.5. Fentes palatines et modèles animaux
5.5.1. La souris est un bon modèle d’étude des anomalies du développement.
L’apparition d’une fente palatine chez le souriceau nouveau‐né est léthale. Il
existe une susceptibilité particulière aux fentes palatines de la souche de souris
C57BL/6 par rapport à la souche CD1.
24
5.5. Fentes palatines et modèles animaux
5.5.2. Il est possible chez la souris d’inactiver un gène d’intérêt totalement
(knock‐out) ou de manière conditionnelle (par exemple pour différer dans le
temps l’inactivation) afin de reproduire le phénotype clinique rencontré chez
l’homme lorsque le même gène est inactivé. La souris permet ainsi l’étude des
maladies génétiques de l’homme.
Les souris mutantes pour le facteur de transcription T‐box Tbx22‐/Y pour les
males et Tbx22‐/‐ pour les femelles montrent des fentes palatines sous
muqueuses (b2, c2) ou complètes (b3, c3) et une ankyloglossie reproduisant
q rencontré chez l’homme dans ce contexte p
particulier de
ainsi le tableau clinique
fente palatine liée au chromosome X et ankyloglossie.
Le frein de la langue est une mince membrane qui relie sa face inférieure au
plancher de la bouche. L'ankyloglossie est une malformation de ce frein lingual,
trop court ou trop rigide, qui entraîne un déficit de mobilité de la langue.
Notez sur l’image de microscopie électronique à balayage et les coupes
histologiques frontales sériées au jour 16.5
16 5 du développement embryonnaire
l’absence de fusion du palais secondaire en zone antérieure (a) et postérieure (d)
chez la souris Tgf beta‐3 ‐/‐ (c’est à dire après inactivation complète du gène).
25
5.6. Culture organotypique
Il est également possible de cultiver en boîte de Petri, sur un milieu
chimiquement défini, des bourgeons palatins des souris disséqués avant la
fusion au jour 13 du développement embryonnaire et d’observer la fusion in
vitro après deux jours de culture.
26
5.6.1. FP artificielle ‐ Eloignement des bourgeons palatins en culture
Dans ce système de culture il est possible de créer une fente palatine artificielle
mécaniquement en éloignant les bourgeons palatins.
Chez les contrôles,
contrôles la fusion intervient environ 2 jours après le début de mise en
culture de bourgeons palatins prélevés à E13.5. Ces explants sont cultivés pour
3, 5 et 7 jours après la date de fusion.
27
5.6.2. Fusion empêchée chimiquement in vitro en interférant avec la synthèse
protéique
Il est également possible de traiter les explants avec des oligonucléotides
antisens dirigés contre Tgf‐beta 3.
5.6.2.1. Oligonucleotides antisens – le principe
Comment cela fonctionne t’il? La séquence oligonucléotidique antisens,
complémentaire d’une séquence spécifique de l’ARN messager, se lie à cette
dernière et inhibe sa traduction en la protéine correspondante. Dans notre cas il
n’existe plus de Tgf‐beta3. La séquence sens est utilisée comme contrôle car elle
ne doit pas perturber la traduction.
traduction
28
5.6.2.2. FP en culture après traitement par oligonucléotides antisens Tgf‐beta3
En traitant les explants avec des oligonucléotides antisens dirigés contre Tgf‐beta 3,
les bourgeons adhèrent mais ne fusionnent pas: l’épithélium médian persiste. Il
existe donc une fente palatine. Dans les conditions de culture témoin ou contrôle ou
en présence d'oligonucléotides sens la fusion des bourgeons palatins s’effectue
normalement in vitro.
29
5.6.2.3. Efficacité et contraintes de temps des Oligonucléotides antisens Tgfb3
Dans nos expériences de culture de bourgeons palatins, le traitement avec les
oligonucléotides antisens doit être commencé dès le jour embryonnaire E13 et
poursuivi 2 jours après le jour présumé de fusion pour bloquer celle‐ci.
30
5.6.2.4. 3 jours après la fusion
Sur des coupes histologiques de bourgeons palatins traités par antisens Tgfbeta3
on remarque bien la persistance de la ligne épithéliale médiane et ceci même 3
jours après la date de fusion. Notez la disparition de cette ligne épithéliale
médiane lorsque les bourgeons sont traités avec des oligonucléotides sens.
31
6. Références
A titre informatif, je vous propose des références ayant servi de base à la
construction de ce cours.
32
6.1. Références Internet
Les sites Internet vous permettront d’approfondir et de tester vos connaissances.
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