Diapositive 1

1/Nous verrons dans un premier temps les différents outils qui ont permis de
déterminer les molécules de signalisation et les facteurs de transcription. Ces
molécules et facteurs interviennent dans ce dialogue entre l’ecto-mésenchyme et
l’épithélium oral et sont à l’origine des inductions instructives et permissives. Mais
voyons tout d’abord ces deux types d’inductions.
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2/Il y a en effet 2 différents types d’inductions : les inductions instructives et les
inductions permissives.
…..Rectangle rouge sur la diapositive. Le facteur inducteur permissif ne modifie
pas l’engagement tissulaire mais permet au tissu de s’engager dans la voie où il
aurait dû s’engager.
Au contraire, dans l’induction instructive, en présence d’un signal inducteur, il y a
modification de l’engagement du tissu compétent. Ce signal peut revêtir différentes
formes. Il peut provenir soit :
…. Rectangle vert sur la diapositive.…. . D’une molécule diffusible (on
parlera de champ morphogénique), on parle alors de gradient de concentration de
morphogène : en fonction du gradient de concentration de ce morphogène il y aura
un engagement différent du tissu compétent.
….. Rectangle bleu sur la diapositive. D’un contact intercellulaire…dans la
zone de contact entre tissu inducteur et tissu compétent, le tissu compétent
s'engage dans une voie différente de celle qu'il aurait pris normalement.
. Enfin, ce signal inducteur peut également provenir de molécules
exprimées et piégées au sein d’une matrice ou d’une structure telle une membrane
basale.
Pour juger si l’induction se fait par contact direct cellulaire ou grâce à une molécule
diffusible, on utilise un filtre entre le tissu inducteur et le tissu induit (compétent).
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3/La connaissance des molécules de signalisation et des facteurs de transcription a
été permise par les outils de la biologie moléculaire. Trois techniques ont été
principalement utilisées
. Réactions immunologiques anticorps /antigènes qui permettent de localiser
l’expression des protéines sur différents plan de coupes.
. Hybridation in-situ (sondes avec lesquelles on peut localiser les ARNs des
protéines
. L’Utilisation de technique de mutagenèse et de transgenèse permettent
d’obtenir des animaux déficients en des gènes sélectionnés ou encore activés d’une
façon temporaire ou locale. Ceci permet entre autre d’évaluer l’importance des
différents facteurs précédemment mis en évidence et de hiérarchiser ces éléments.
. Les billes imbibées de molécules de signalisation permettent de visualiser si
localement une molécule entraîne l’expression ou l’inhibition d’un facteur de
transcription et/ou d’autres molécules de signalisation. On peut ainsi déterminer des
cascades d’activation et d’inhibition.
(encadré rouge) Dans les expériences de dissociation/réassociation que je vous ai
présenté, on ne peut pas connaître la nature du facteur inducteur.
(encadré bleu) Maintenant, si on remplace l’épithélium par une bille imbibée d’une
molécule précédemment identifiée sur coupe par hybridation in situ, alors on pourra
déterminer si cette molécule induit une réaction au niveau du tissu compétent.
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4/ Illustration de la méthode des billes imbibées pour montrer : (1) l’induction de BMP4 sur
l’écto-mésenchyme du premier Arc pharyngé (2) d’établir la chronologie d ’expression entre
Msx 1, BMP 4 et Lef 1 au sein de cet ecto-mésenchyme.
1ère étape (non montré sur cette diapo) : Identification de BMP4 au niveau épithélial du
premier arc pharyngé d’un animal sauvage à E 11.5 par Hybridation in situ…BMP4 est
exprimé au niveau épithélial
2ème étape (case A): Détermination de l’expression de BMP4 au niveau de l’éctomésenchyme du premier arc pharyngé d’un animal sauvage à E 11.5….pour cette
identification, on met une bille imbibée de BMP4 en contact de l’écto-mésenchyme du
premier Arc pharyngé… si BMP4 s’exprime au niveau de cet ecto-mésenchyme …alors par
hybridation in situ et après coloration, le tissu devient bleu….C’est ce qui est observé sur les
différentes expérimentations .. … En G , vous avez le contrôle, avec une bille imbibée de
sérum albumine (SA) le tissu ne se colore pas.
3ème étape (Case B) En refaisant la même expérience mais en utilisant un ecto-mésenchyme
provenant d’un animal transgénique Msx1-/- déficient en Msx1-/- (n’exprimant donc pas
Msx1), on voit que BMP4 n’est pas exprimé…seule la bille est colorée en bleu… Donc Msx1
est intermédiaire entre BMP4 de l’épithélium oral et BMP4 ecto-mésenchymateux.
4ème étape (case E) Détermination de l’expression de Lef-1 au niveau de l’écto-mésenchyme
du premier arc pharyngé d’un animal sauvage à E 11.5….de la même façon, on met une bille
imbibée de BMP4 en contact de l’écto-mésenchyme du premier Arc … si Lef-1 s’exprime au
niveau de cet ecto-mésenchyme …alors par hybridation in situ et après coloration, le tissu
devient bleu….C’est ce qui est observé sur les différentes expérimentations .. … En H, vous
avez le contrôle, avec une bille imbibée de sérum albumine (SA) le tissu ne se colore pas.
5ème étape (Case F) Par contre et à la différence de ce qui a été observé case B, en utilisant
un ecto-mésenchyme provenant d’un animal transgénique Msx1-/- déficient en Msx1-/(n’exprimant donc pas Msx1), on voit qu’une bille de BMP4 induit l’expression de lef-1 au
niveau de cet ecto-mésenchyme … Donc BMP4 active directement Lef-1 sans l’intermédiaire
de Msx1.
La cascade d’induction entre Msx 1, BMP 4 et Lef1 est celle que vous avez sur le
schéma de droite : BMP4, au niveau de l’épithélium oral induit BMP4 au niveau de l’ectomésenchyme par l’intermédiaire de Msx1. Par contre, BMP4 au niveau de l’ectomésenchyme induit directement Lef 1.
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5/ Grâce à cette méthodologie et à l’utilisation d’animaux transgéniques, des
cascades d’activation ont pu être découvertes et les principales modifications
histologiques décrites précédemment comprises. Le plan pour décrire ces
modifications est présenté en trois grandes parties. La première qui est difficilement
séparable de l’odontogenèse proprement dite est la régionalisation du 1er Arc
pharyngé. La seconde qui marque véritablement le début de l’odontogenèse est
appelée stade d’initiation et recouvre d’une part la détermination du site et d’autre
part la détermination de l’identité dentaire. Enfin, dans une troisième partie, seront
décrites les structures et les facteurs qui conduisent à l’expression d’une
morphologie. Les phénomènes de différenciation feront l’objet d’autres cours
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6/Cette diapositive bien que datant de 2003 vous schématise de façon simplifiée et
illustrative non seulement les principales étapes de l’odontogenèse mais également
les facteurs intervenants dans ce dialogue épithélio-mésenchymateux. Depuis 2003,
de nouveaux facteurs ont été découverts mais la compréhension de l’odontogenèse
est restée celle de cette diapositive.
L’ensemble de ces connaissances ont été acquises sur la molaire de souris qui
présente bien évidemment quelques différences avec celle de l’être humain.
Cependant, les molécules de signalisation et les facteurs de transcription ainsi que
les cascades d’activation sont très comparables. Cette diapositive résume donc les
connaissances qui devront être les vôtres à la fin de ce cours….Nous verrons donc
dans un premier temps le stade d’initiation.
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7/A partir du premier Arc pharyngé, nous avons vu qu’il se forme une zone appelée
épithélium odontogène qui se développe par modification d’orientation de la plaque
équatoriale des cellules épithéliales par rapport à la membrane basale.
De plus, les expériences de LUMSDEN avaient démontré sur l’embryon de souris
qu'entre E9-E11 des évènements biologiques provoquaient une régionalisation du
1er Arc pharyngé et que celui-ci semblait dans un premier temps dépendant d'une
induction instructive épithéliale (E9) puis ecto-mésenchymateuse (E11).
Question : Quelles sont les molécules à l’origine de cette régionalisation ?
.
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8/Par différentes techniques (Hybridation in situ), il peut être démontré :
- Case A et F (fort grossissement de la case A) : A partir de E8,5, l’expression de FGF 8
dans une partie restrictive de épithélium oral du 1er arc pharyngé. Cette partie
restrictive représente l’Ep. Odontogéne
- Case B et G (fort grossissement de la case B) Vers E10, face à cet épithélium oral
exprimant FGF8, on observe l’expression du facteur de transcription Lhx-7 au niveau
de l’ecto-mésenchyme.
- Case C et H (fort grossissement de la case C) Par contre, au niveau aboral, on
observe l’expression de Goosecoid au niveau ecto-mésenchymateux
Question :1/ Est-ce l’expression de FGF8 épithélial induit Lhx-7 au niveau de l’ectomésenchyme?
2/ Est-ce l’expression de Goosecoid au niveau caudal (aboral) inhibe
l’expression de Lhx-7 dans cette zone?
3/ Est-ce les expressions de FGF8 épithélial, de Lhx-7 au niveau ectomésenchymateux rostral (oral) et de Goosecoid au niveau caudal (aboral) sont à
l’origine de la régionalisation du 1er arc ? Nous allons répondre à ces trois questions
dans les trois diapositives suivantes.
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9/Notre première question est : est-ce que l’expression de FGF8 épithélial induit Lhx-7 au
niveau de l’ecto- mésenchyme?
L’expérience de Tucker en 1998 répond à cette question en utilisant la technique de la
bille imbibée. Une bille imbibée de FGF8 est mise en contact soit de la l partie rostrale
(orale) du 1er arc pharyngé soit de la partie caudale (aborale). Colonne de gauche, vous
avez les expérimentions faites avec la partie rostrale, colonne de droite, vous avez les
expérimentions faites avec la partie caudale,
A E-10, (figures B/C) le 1er arc en présence de son épithélium exprime Lhx7 aussi bien
dans la partie orale (colonne de gauche) que dans la partie aborale (colonne de droite)
A E-10, Tucker sépare l’épithélium du 1er Arc de l’ectomésenchyme sous-jacent et une
bille imbibée de FGF 8 est mise en contact de cet ecto-mésenchyme au niveau oral et aboral
afin de déterminer si elle peut induire au niveau de l’ecto-mésenchyme l’expression de Lhx7. Si c’est le cas, on peut en déduire que le 1er Arc est non-déterminé. Si au contraire, cette
bille ne peut pas induire l’expression de Lhx-7, cela veut dire que des facteurs de restriction
y ont établi un gradient ou une zone limitative.
A E-10, (Figures D/E) la bille imbibée de FGF8 permet l’expression de Lhx-7 aussi bien au
niveau oral qu’aboral. Donc, à E10, l’ecto-mésenchyme du premier arc n’est pas régionalisé.
A E10,5 (Figures F/G) et contrairement à E-10 (figures B/C), le 1er arc en présence de son
épithélium n’exprime Lhx7 que dans la partie orale et plus dans la partie aborale
A E10,5, (Figures H/I) soit une demi-journée après, la même expérience est refaite avec la
bille imbibée de FGF8, et l’expression de Lhx-7 n’est observée que dans la partie orale. Une
bille placée au niveau de l’ectomésenchyme aborale ne permet plus l’expression de Lhx-7.
(Figures J/K) Le même résultat est obtenu à E 11.
Donc, la régionalisation est établie dès E 10,5.
En résumé, nous pouvons donc en conclure que les éléments suivants :
Au niveau de la partie orale du 1er Arc pharyngé, l’expression de FGF8 au niveau des cellules
épithéliales de l’épithélium odontogène provoque l’expression de Lhx-7 dans l’ectomésenchyme sous-jacent.
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10/Notre deuxième question est : est-ce l’expression de Goosecoid au niveau caudal
(aboral) inhibe l’expression de Lhx-7 dans cette zone?
Pour voir s’il y a un lien entre l’expression de Gsc dans la partie caudale et l’absence
de Lhx-7 dans cette partie, on regarde l’expression de Lhx7 chez un animal sauvage
et chez un animal transgénique Gsc -/- n’exprimant donc pas Gsc: il n’y a pas de
différence entre les 2… (comparer A et B) donc Gsc n’est pas responsable de cette
inhibition dans la partie caudale.
On peut se demander alors si FGF8 n’agirait pas comme un morphogène. Pour
répondre à cette question, une bille de FGF8 à différentes concentrations est mise en
contact avec le 1er arc pharyngé et on observe l’intensité de expression de Lhx 7…On
note que l’expression de Lhx7 mesurée par la coloration et l’ampleur de l’halo en
hybridation in situ est d’autant plus important que la concentration de FGF8 est
importante….on en conclut donc que FGF8 agit comme un morphogène.
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11/Notre dernière question est : est-ce que les expressions de FGF8 épithélial, de
Lhx-7 au niveau ecto-mésenchymateux rostral (oral) et de Goosecoid au niveau
caudal (aboral) sont à l’origine de la régionalisation du 1er arc et donc ultérieurement
de la formation de dents dans la partie rostral et de leur absence dans la partie
caudale?
L’expérience de Tucker en 1998 confirme ce résultat : des explants du 1er arc
pharyngé sont prélevés à E10 et E10,5, mis pendant 48h en culture puis transplantés
dans la capsule rénale d’une souris receveuse pendant 12 jours. L’hypothèse testée
est que seule la partie orale (rostrale) permet la formation de dents.
Case A/B/C/D/E : Tucker prend la partie rostrale du premier arc pharyngée avec son
épithélium et son ecto-mésenchyme : Par hybridation in situ, on met en évidence
l’expression de Fgf8 et de Lhx7 mais pas de Gsc. Après transplantation de ce tissu
dans la capsule rénale pendant 12 jours, elle obtient des dents.
Case F/G/H/I/J : Tucker refait la même expérience mais avec la partie caudale. Par
hydridation, elle observe l’expression deGsc mais pas de Fgf8. Après transplantation
de ce tissu pendant 12 jours dans la capsule rénale, elle n’obtient pas de dents.
Case K/L/M/N/O: A E10, avec des expérimentations de dissociation-réassociation,
quand l’épithélium rostrale (qui exprime Fgf8) est mis en contact avec l’ectomésenchyme caudale (qui n’exprimait pas Lhx7) on voit que Fgf8 permet l’expression
de Lhx7 dans la partie caudale, Gsc étant exprimé au delà de l’expression de Lhx7 en
bordure de la partie caudale. Après transplantation dans la capsule rénale pendant
1é jours, on obtient des dents. On peut donc induire la formation de dents dans la
partie caudale en présence d’une induction par Fgf8. (Faites le lien avec l’expérience
de LUMSDEN).
Case P/Q/R/S/T : A E11, la même expérience que celle faite à E10 ne permet pas la
formation de dents car le 1er Arc est régionalisé et donc déterminé.
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12/Résultats et Interprétations:
Dès E8.5, l’épithélium oral exprime FGF8 dans une partie restrictive odontogène.
Cela entraîne à E9.5 l’expression de Lhx 7 et de Lhx 6 (les mêmes résultats que ceux
montrés précédemment ont été obtenus avec Lhx6) dans l’ecto-mésenchyme qui lui
fait face et à distance l’expression de Gsc (Gooscoïd) dans la partie caudale. La
différence d’expression s’explique par un phénomène de gradient de concentration.
FGF8 agit comme un morphogène : à forte concentration FGF8 active Lhx 6 et 7 dans
l’ecto-mésenchyme qui lui fait face, et à faible concentration FGF8 active à distance
l’expression de Gsc (Gooscoïd) dans la partie caudale. La phase d’initiation du
système dentaire peut donc se résumer ainsi :
. A partir de E 8.5 et ultérieurement, l’expression de FGF 8 s’installe dans une zone
limitée odontogène de l’épithélium oral. FGF8 va alors jouer un rôle d'induction.
. A E10 L’expression de FGF 8 induit l’expression de Lhx 6 et 7 dans l’ectomésenchyme rostral et 12 heures après, de Gsc dans l'ecto-mésenchyme caudale
soit à E10,5 jours. L’expression de Lhx-6 et7 va bloquer l’expression de Goosecoïd
(gsc) dans la partie rostrale du 1er arc. L’'expression d’endothéline dans l’épithélium
caudale va maintenir cette expression de Gsc dans la partie caudale.
Conclusion : il y a une régionalisation du premier arc pharyngé se traduisant par
l’expression de Fgf8 et Lhx 6 et 7 dans la partie orale (rostrale), et d’endothéline et
de Gsc dans la partie aborale (caudale).
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13/Par hybridation in situ, d’autres facteurs de transcription ainsi que d’autres
molécules de signalisation ont pu être mises en évidence. A côté de FGF8, une
seconde molécule de signalisation épithéliale BMP4 est exprimée dans la région
distale et donc médiane du 1er Arc. De même, au niveau ecto-mésenchymateux un
autre facteur de transcription Pax-9 est exprimé. Au niveau épithélial, la
signalisation BMP 4, FGF8 par un système d’activation et d’inhibition des facteurs de
transcription va permettre une limitation du champ odontogène.
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15/ Case A/B/C.D/E/F en haut à droite. Par la technique d’hybridation in situ chez la souris, on
Schéma en bas à droite : Shh s’exprime dans les secteurs dentés au niveau des placodes denta
Hybridation in situ en bas à droite. La localisation de l’épaississement épithélial s’accompag
Chez l’homme, l’insuffisance d’expression de Pitx2 est associée au syndrome de Rieger qui est
Le phénomène d’initiation et de détermination du site dentaire est intimement lié à l’expressio
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16/Cette dualité entre BMP4 et FGF8 va induire 2 zones distinctes avec des
signalisations différentes : une zone distale c'est à dire antérieure dans le premier
Arc pharyngé ou il y aura expression de BMP4 épithélial induisant Msx1 qui sera Fgf8
indépendante et une zone proximale qui sera Fgf8 dépendante qui induira Barx1 et
Dlx2 entre autres au niveau ecto-mésenchymateux.
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17/Cette diapositive vous montre quelques régulation au niveau épithéliale et ectomésenchymateux.
. Figure de gauche Au niveau épithélial il existe des boucles de feeback positif de
Fgf8 par Pitx2 et de BMP4 par Islet 1 qui maintiennent l’expression de Fgf8 et de
Bmp4. La localisation respective de BMP4 au niveau antérieur (ou distal) et de Fgf8
au niveau postérieur (ou proximal) est entretenue par Pitx2 qui a un effet inhibiteur
sur BMP4 et activateur sur Fgf8. Pour sa part, Shh épithélial activera l’expression de
Ptc et de Gly1/2/3 dans l'ecto-mésenchyme.
. Figure de droite De même au niveau ecto-mésenchymateux FGF8 active Barx1/
Lhx6 et7 et Dlx2 alors que Barx1 est inhibé par BMP4 épithélial.
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18/Les études menées au niveau cutané sur l’animal Tabby présentant une
déficience de l’ectodysplasine ont permis de mieux comprendre le développement
de la placode dentaire qui dans sa phase initiale est très comparable à celle de la
placode pileuse à l’origine du poil au niveau cutanée. En présence de Wnt, la
transcription du gène Lef est activée. L’activation du promoteur Lef se traduit par
l’expression du facteur Lef et permet l’activation du promoteur du gène TA à l’origine
de l’ectodysplasine. Celle-ci est alors synthétisée et se fixe sur son récepteur EDAR
(récepteur de l’ectodysplasine) au niveau ecto-mésenchymateux qui active après une
cascade d’activation le gène NFқB permettant la formation de la placode et des
dérivés ectodermiques (tels que les poils, glandes et dents). L’activine au niveau
ecto-mésenchymateux permettra d’activer le système (EDA/EDAR).
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Des expériences de surexpression de l’ectodysplasine ont permis de montrer une
élongation de la placode dentaire et le développement chez la souris en avant de M1
d’une dent surnuméraire confirmant le rôle de l’ectodysplasine dans la
détermination et la formation de la placode dentaire.
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20/ Rectangle rouge L’arrivée des CCN dans le 1er Arc va permettre l’expression de
molécules de signalisation épithéliale qui vont instruire et réduire la plasticité des
cellules des CN entrainant un phénomène de régionalisation de ce tissu.
Rectangle vert Dans un deuxième temps, cette interaction épithéliomésenchymateuse va mener à une segmentation du 1er Arc pharyngé avec un
phénomène d’initiation se traduisant morphologiquement par la formation d’une
lame dentaire puis de placodes dentaires.
Rectangle Bleu Enfin, au sein de chaque placode, une combinatoire d’homéogènes
spécifique va s’établir qui sera responsable de l’identité dentaire que nous allons
maintenant développer
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21/Nous avons vu lors de cette première phase comment une signalisation
épithéliale permettait de déterminer le site d’initiation et donc la localisation des
germes dentaires. Nous allons voir maintenant que lors de cette phase d‘initiation
comment s’installe également une phase d'identité du germe en formation (incisive
et molaire pour la souris), en fonction de sa localisation au sein du 1er Arc. Nous
verrons ensuite comment cette identité se traduit dans un second temps par une
morphologie au stade de cloche.
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26/Nous allons voir cependant que si cette identité tissulaire est bien sous la
dépendance de l’écto-mésenchyme, l’information instructive de cet ectomésenchyme provient de l’épithélium comme nous l’avons déjà vu dans la
détermination du site dentaire avec la formation de la lame dentaire et des placodes
dentaires
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27/ Les différentes expérimentations de dissociation-réassociation présentées
précédemment ont permis à deux chercheurs, Butler et Osborn de proposer deux
différentes théories pour expliquer les phénomènes d’identité dentaire qui vous sont
présentées sur la gauche de la diapositive …..la théorie du champs morphogénétique
et la théorie clonale (encadré rouge).
Cependant, actuellement une seule théorie s’impose : Celle de l’Homéocode
Odontogénique développé en 1995 par P. SHARPE qui représente une synthèse des
théories présentées par Butler et à Osborn (encadré vert). L’homéocode
Odontogénique est directement héritée du code Hox qui détermine les segments
appendiculaires et axial rappelé dans le diagramme en haut à gauche (encadré bleu).
Tout comme les segments appendiculaires et axial, l’identité d’une dent est
caractérisé par son homéocode qui représente la combinatoire d’homéogènes qui
définit la position et l’identité de la dent. Dans le cas de l’identité dentaire ces
homéogènes sont des homéogènes divergents et donc de type non hox.
Chacune des dents est donc définie par un bloc de gènes. …Les gènes mis dans
les encadrés pour définir les secteurs molaire, incisif et canin….sont faux…cette
représentation vient d’une publication de Paul SHARPE de 1995 qui à l’époque était
provocatrice puisqu’il décrivait un secteur canin chez la souris…..mais le concept
était juste.
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28/Selon ce concept, l’épithélium odontogène exprime des gradients de molécules
de signalisation (FGF, BMP, SHH, Wnt) qui instruisent les cellules des crêtes neurales
sous-jacentes qui ont migré dans le 1er Arc. Ces cellules vont alors selon cette
instruction moléculaire site spécifique exprimer selon leur position des gènes
divergents. Les combinatoires d’homéogènes divergents exprimés localement par
ces cellules des crêtes neurales vont déterminer l’identité dentaire qui sera formée
localement. Chacune des dents est donc définie par un bloc de gènes.
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29/Aujourd’hui, cette théorie d’homéocode dentaire est confirmée par les mutations
aussi bien observées chez l’homme que par les manipulations génétiques à titre
expérimentale faites sur les souris. Nous pouvons ainsi hiérarchiser l’importance de
chaque gène et déterminer son rôle dans la formation de la lame dentaire, des
placodes ou encore dans le type de dent formée. Sur cette diapositive, ils vous sont
listés les pathologies de développement associés à ces différents facteurs de
transcription et molécules de signalisation.
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38/Cette diapositive vous résume l’évolution de la recherche qui s’est faite ces
dernières années depuis les théories de Butler et Osborn (1980) jusqu’à la mise en
place de combinatoires d’homogènes qui définissent des secteurs de type dentaire
incisif, molaire…
En conclusion, on peut dire que l'identité dentaire est liée à la migration de cellules
des crêtes neurales au niveau de l’ecto-mésenchyme oral, où sous l’action de
molécules de signalisation de l’épithélium oral, ces cellules vont exprimer d’une
façon temporo-spatiale un engagement spécifique dentaire. La signalisation
épithéliale s’exprime selon des champs morphogéniques constitués par des
gradients de molécules de signalisation diffusibles qui activent des facteurs de
transcription qui détermineront localement cet homéocode dentaire responsable de
l’identité dentaire.
En résumé, durant cette phase d’initiation, l’épithélium oral détermine l’ectomésenchyme sous-jacent à exprimer des homéogènes divergents non Hox qui sont à
l’origine
. de la régionalisation du 1er arc pharyngé,
. de la détermination du site du développement de la lame dentaire et des
placodes dentaires
. et enfin de leurs identités.
Cependant cette induction instructive est limitée dans le temps puisque vers
E10,5 –E11 l’ecto-mésenchyme acquiert son indépendance. (ceci explique les
expériences précédentes de Kollar démontrant que l’induction instructive venait de
l’ecto-mésenchyme (expériences faites à 12 jours et plus).
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Nous allons maintenant aborder la dernière partie de ce cours concernant la
morphologie dentaire. Nous verrons que le développement histologique du germe
dentaire que nous avions présenté dans la première partie de ce cours est
intimement lié à la formation de centres de signalisation qui au niveau dentaire sont
appelés centre de signalisation précoce, Nœud de l’émail primaire et Nœuds de
l’émail secondaires. Pour leur part, les nœuds de l’émail secondaires sont
directement responsables de la morphologie dentaire.
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40/Question : Quels sont les mécanismes par lesquels une activité cellulaire se
traduit par la formation d’une structure morphologique?
Réponse : Plusieurs mécanismes peuvent être combinés pour établir une
morphologie. Vous avez sur cette diapositive plusieurs mécanismes qui vous sont
présentés dont notamment la croissance différentielle.
Remarque : Nous avions vu précédemment que l'identité dentaire était déterminée
très précocement dès le stade d'initiation par l’établissement d’une combinatoire
d’homéogènes, et pourtant sa traduction morphologique n’apparaitra que beaucoup
plus tardivement au stade de cloche. Il existe donc un décalage dans le temps entre
l'expression moléculaire de cette combinatoire d’homéogènes responsable de
l’identité dentaire et sa traduction morphologique.
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41/Cette croissance différentielle est liée à la présence de centres de signalisation
situés au niveau épithélial. Par définition, un centre de signalisation est une structure
cellulaire transitoire responsable de la synthèse de facteurs de transcription et de
molécules de signalisation déterminant localement l’activité cellulaire d’un territoire.
Au niveau de la genèse dentaire, on note la formation de 3 centres de signalisation :
. Un centre de signalisation précoce (E11/E11,5)
. Un second centre de signalisation appelé "Nœud de l’émail primaire"
(E13/E14)
. Enfin, un troisième centre de signalisation correspondant aux "Nœuds de
l’émail secondaires" (E15/E16)
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42/ (encadré rouge) Le centre de signalisation précoce est mis en place au niveau de
la lame dentaire et permet le phénomène de bourgeonnement épithélial
responsable de la formation de la placode dentaire. Il est intiment lié aux quatre
classes de molécules de signalisation que nous avons déjà vu et à des facteurs de
transcription.
(encadré vert) Le second centre de signalisation appelé "Nœud de l’émail primaire"
(NE 1) est mis en place au stade terminal du bourgeon dans sa partie apicale et reste
actif 24 à 36 heures jusqu’au stade de début de cupule. Il n’y a qu’un seul nœud de
l’émail primaire par germe dentaire quel que soit le type de dent et donc le nombre
de cuspides. Ce nœud va disparaître physiquement au stade de cupule.
Il est à noter que la formation de ce nœud de l’émail primaire est sous la
dépendance de BMP4 ecto-mésenchymateux qui a été activé par Msx1. L’expression
de BMP4 ecto-mésenchymateux est le facteur responsable de l’inversion de
l’induction instructive (que nous avions vu précédemment) qui bascule de la partie
épithéliale à la partie ecto-mésenchymateuse.
(encadré bleu) Enfin, le troisième centre de signalisation correspondant aux
« Nœuds de l’émail secondaires » (NE 2). Ces nœuds secondaires sont mis en place
au stade de cloche et leur nombre dépend du nombre de cuspide. Chaque nœud
secondaire sera à l’origine d’une cuspide. Ce sont ces nœuds de l’émail secondaires
qui vont déterminer la morphologie dentaire. C’est à partir de ces nœuds de l’émail
secondaires que vont s’effectuer les phénomènes de différenciation cellulaire qui
vont figer la structure dentaire et donc lui donner sa morphologie. C'est leur
chronologie de formation et d'activités qui déterminera la hauteur et la localisation
des cuspides. Les noeuds de l’émail secondaires peuvent donc être apparentés à des
centres de différenciation cellulaire.
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43/Alors, comment fonctionne un nœud ?
L’activation de Bmp 4 ecto-mésenchymateux va permettre la formation du NE 1. Au
sein de ce nœud, des molécules de signalisation vont agir par diffusion sur les tissus
environnants soit en stimulant la prolifération des cellules de l’ectomésenchyme et
de l’épithélium soit en stimulant des phénomènes d’apoptose spécifiquement au
niveau du nœud de l’émail primaire provoquant ainsi la disparition de ce nœud.
On retrouve parmi ces molécules de signalisation et ces facteurs de transcription
d’une part Fgf 4,9 et 3 qui stimulent la prolifération cellulaire et d’autre part Bmp 4,
Bmp2, P21, Msx 2 et Lef 1 qui stimulent l’apoptose
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46/Question : Comment une croissance différentielle au niveau d’un Ep. peut
permettre la formation d’une morphologie?
Réponse : Revenons au stade de cloche car c’est à ce stade que l'acquisition d'une
morphologie se fait.
Au stade de cloche, l’organe de l’émail fait face à la papille ecto-mésenchymateuse.
L’organe de l’émail est composé de différentes strates cellulaires de l’extérieur vers
l’intérieur :
l’Epithélium Dentaire Externe
le réticulum étoilé
le stratum intermedium
l’Epithélium Dentaire Interne ‘EDI)
Sur le schéma, l’EDI est représenté en noir et toutes ses cellules sont en
prolifération. Si à un moment et à un endroit donné de cet EDI, appelé noeud de
l'émail secondaire, des cellules ne prolifèrent plus, et sortent donc du cycle
mitotique, (représenté en blanc sur le schéma), et que toutes les autres cellules
continuent à proliférer sauf à cet endroit, alors, du fait de cette croissance
différentielle, il se forme un pli. Comme les autres cellules continuent toujours à
proliférer, la plicature devient de plus en plus prononcée et cette zone va former ce
qu’on appelle la future pointe cuspidienne. Si un processus analogue, apparaît au
niveau d’une autre zone de cet EDI provoquant un blocage localisé des mitoses alors
que partout ailleurs des phénomènes de prolifération sont maintenus, il se formera
alors un second pli qui sera à l’origine d’une seconde cuspide. Comme les deux zones
d’arrêt de prolifération cellulaire ne sont pas synchrones dans leur formation, la
première pointe cuspidienne sera plus haute que la deuxième.
Nous voyons donc comment, un mécanisme de prolifération différentielle au niveau
d'une zone épithéliale peut mener à la formation d'une structure morphologique.
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Enfin le dernier point que j’aborderai est la théorie du module décrite pour la
première fois par Jernvall et Thesleff en 2000 et toujours d’actualité à ce jour
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51/Comme vous l’avez constaté sur cette diapositive récapitulative que je vous ai
présentée tout au long de ce cours, il existe lors de la genèse de l’organe dentaire un
dialogue épithélio-ecto-mésenchymateux qui se traduit par l’interaction et
l’expression récurrentes de molécules de signalisation et de facteurs de transcription
qui font évoluer la zone cellulaire concernée vers une structure dentaire. On peut
identifier comme l’ont fait Thesleff et Jernvall un module commun de signalisation
formé de l’interaction épithélio-ectomésenchymateuse (encadré rouge sur la
diapositive en bas à droite)
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52/De cette observation, Thesleff et Jernvall en ont tiré un concept : le concept du module.
La répétition de ce module permettrait la mise en place à la fois du site, de l’identité et de la
morphologie dentaire.
Un module commun de signalisation met en place dans un premier temps une région à
potentiel odontogénique qui mène à la formation de la lame dentaire qui correspond à la
phase d’initiation que nous avons vu. Lors de cette phase d’initiation, au sein de cette lame
dentaire, des sites différents se développent selon leur localisation. Dans le même temps,
toujours pendant cette phase d’initiation, sous l’influence de modules différents représentés
par les centres de signalisation précoce se forment des placodes dentaires caractérisées par
une identité dentaire. Puis, sous l’induction de centre de signalisation primaire représenté
par le Nœud de l’émail primaire, chaque bourgeon va évoluer vers le stade de cloche.
L’expression localisée de ce module permet la prolifération de la partie épithéliale etectomésenchymateuse et donc le développement organisé et structuré de cette entité cellulaire.
Enfin, dans une dernière étape, une morphologie dentaire sera acquise par l’expression d’un
nouveau module représenté par les Nœuds de l’émail secondaires dont le nombre et la
chronologie d’apparition seront à l’origine du nombre et de la taille des cuspides.
Ce module peut être défini comme formé :
1/ des facteurs de transcription et des molécules de signalisation permettant le
développement d’un germe dentaire….l’expression de l’ensemble de ces éléments n’est pas
constante tout au long de la genèse dentaire…cela a été démontré pour plusieurs facteurs.
2/ de la combinatoire d’homéogènes et de molécules de signalisation caractérisant
l’identité de chaque type dentaire (incisives, canine, prémolaires et molaires) pour l’être
humain et donc chaque module aura une combinatoire différente.
3/ des facteurs de transcription et des molécules de signalisation
intervenant spécifiquement à une étape donnée (bourgeon, cupule, cloche, Nœud de l’émail
primaire, Noeuds de l’émail secondaires etc..)
Donc, à l’intérieur de ce module répétitif il y a des différences selon le temps, le site et
évidemment la nature de la dent définie.
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53/Enfin, vous avez pu remarquer que tout ce que je vous ai décrit concerne la
souris et plus précisément la première molaire de la souris. Pour l’être humain, il
existe des différences que l’on peut déjà observer par des pathologies spécifiques
génétiques entre l’être humain et la souris….cependant, le schéma général reste
valable à la différence notable (1) du temps de formation, (2) de la complexité du
système dentaire élaboré (deux types dentaires chez la souris, quatre chez
l’homme), (3) de l’absence de dent à croissance continue chez l’être humain (incisive
chez la souris), (4) enfin, de la présence de dents temporaires et permanentes chez
l’être humain et donc d’une lame dentaire secondaire comme cela vous l’a été décrit
dans le cours.
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