03/02/2014 LIU Alice L3 Système cardio-vasculaire Dr
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SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE – Embryologie cardiaque : formation du cœur 03/02/2014 LIU Alice L3 Système cardio-vasculaire Dr. Stéphane Zaffran Relecteur 8 18 pages Embryologie cardiaque : principales étapes de la formation du cœur Plan A. Introduction B. Les cardiopathies congénitales C. Les principales étapes du développement cardiaque I. Origine embryonnaire du cœur II. La formation du tube cardiaque III. La formation de la boucle cardiaque IV. La septation aortico-pulmonaire V. La formation des gros vaisseaux VI. La formation des chambres cardiaques D. • L’épicarde et la formation des coronaires E. • L’endocarde et la formation des valves cardiaques I. les coussins endocardiques II. le canal atrio-ventriculaire et les valves atrio-ventriculaires III. le canal de la voie efférente et les valves semi-lunaires IV. la structure des valves F. • Le développement du cœur : nouveaux concepts I. la découverte du « second champ cardiaque » II. l'identification de deux sources de progéniteurs cardiaques III.les sous-domaines du second champ cardiaque IV. et chez l'Homme ? Les noms de facteurs et autres gènes rapporteurs ne sont pas à apprendre. Le diapo du prof contenait 117 pages d'images d'embryons de toute beauté que je vous épargne ici. Nez en moins comme son diapo est disponible sur la dropbox d'Alexis Cange, je vous conseille de bosser ce ronéo pas très loin de lui car il contient des schémas très informatifs dont je vais vous indiquer les pages au fur et à mesure. Bon courage ! A. Introduction « Le cœur est un mystère. Si vous avez vu votre cœur sur un écran vidéo, comme des millions à ce jour l'ont fait, se contracter et se relâcher selon un rythme régulier, vous pouvez vous demander pourquoi ce muscle persistant est si fidèle à sa fonction de l'utérus jusqu'au dernier souffle » Saul Bellow, prix Nobel de littérature, 1976. [la vraie citation en anglais est sur la diapo 3] On ignore encore beaucoup des étapes qui conduisent à la formation d’un cœur, d'où l'importance de l'étude des modèles animaux. Le prof utilisera par la suite beaucoup d'illustrations d'articles de recherche en embryologie sur des embryons de souris, de poulet etc... 1/18 SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE – Embryologie cardiaque : formation du cœur Le cœur au cours de l'évolution : • Insectes : le cœur est un tube qui bat dans la partie dorsale, c'est un système ouvert. • Vertébrés primitifs : on retrouve le cœur chez la larve. • Poissons : le cœur possède un seul ventricule et une oreillette • Reptiles : le cœur possède un ventricule et deux oreillettes • Souris : le cœur est semblable à celui de l’humain. • Êtres humains : on essaie aujourd'hui de le remplacer (cœur artificiel) Le cœur est une pompe à quatre cavités reliées entre elles par des valves. Ce n'est pas qu'un muscle, il est composé de différents types cellulaires : • des cellules de conduction : cellules pacemaker et cellules de Purkinje • des cardiomyocytes • des cellules épicardiques • des cellules endocardiques • des muscles lisses autour des gros vaisseaux • des fibroblastes à l'intérieur du myocarde Les cardiomyocytes sont composés d'actine et de myosine, ils se contractent de manière automatique et autonome. Ils sont reliés entre eux par des jonctions gap, des desmosomes et des connexons, ce qui permet la coordination de la contraction et une transmission des impulsions électriques très rapide. B. Les cardiopathies congénitales Le 14 février, outre la Saint Valentin, est aussi la journée nationale des cardiopathies congénitales. Le prof nous invite à contacter des associations d'anciens médecins et de cardiologues pour participer à cette journée nationale. L'incidence des cardiopathies congénitales est très importante : environ 8 naissances sur 1000 (presque 1 % des naissances) soit 6 milles nouveaux cas par an. Incidence Cardiopathies congénitales pour 10 000 naissances Communication inter-ventriculaire (CIV) – Membranaire – Musculaire 9,9 Sténose Pulmonaire 3,8 Canaux atrioventriculaires (CAV) 3,6 Communication inter-auriculaire (CIA) 3,2 Transposition des gros vaisseaux (TGV) 2,6 Tétralogie de Fallot 2,6 Défauts de latéralité 1,4 4,7 2/18 SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE – Embryologie cardiaque : formation du cœur Il existe une hétérogénéité génétique dans ces défauts : plusieurs anomalies génétiques peuvent donner un même défaut. La tétralogie de Fallot (T4F) : Elle concerne 3 naissances pour 10 000. Décrite par le Dr Fallot, médecin marseillais, elle touche essentiellement les voies d'éjection. Comme son nom l'indique, elle se caractérise par quatre signes, qui sont : • • une aorte à cheval sur la cloison interventriculaire, ce qui comprime le tronc pulmonaire, entraînant une sténose pulmonaire. une communication interventriculaire, et une hypertrophie du ventricule droit. Les causes de la tétralogie de Fallot sont souvent inconnues (ce qui est souvent le cas dans les malformations cardiaques congénitales). On peut néanmoins citer des facteurs environnementaux présents pendant la grossesse: • la rubéole et d’autres infections virales • la malnutrition • la consommation d’alcool • l'âge (au delà de 40ans) de la mère • un diabète 3/18 SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE – Embryologie cardiaque : formation du cœur La génétique peut aussi jouer un rôle dans l'apparition de la tétralogie de Fallot : • • Un adulte qui a une tétralogie de Fallot est plus susceptible que d'autres personnes d'avoir un bébé avec cette malformation. Les enfants qui ont une anomalie génétique, comme la trisomie 21 ou le syndrome de Di George (Microdélétion 22q11), ont souvent des malformations cardiaques congénitales comme la tétralogie de Fallot. Il existe de nombreuses autres anomalies génétiques causant la tétralogie de Fallot, mais la plus importante est le syndrome de Di George présent chez 15% des malades. C. Les principales étapes du développement cardiaque Le cœur est le premier organe à se développer et fonctionner. L'embryogenèse du cœur se fait essentiellement entre la 3ème et la 10ème semaine de gestation chez l'être humain. La boucle cardiaque se développe entre la 4e et la 5e semaine. I. Origine embryonnaire du cœur Le cœur se forme dans la partie la plus rostrale de l'embryon à partir des vaisseaux sanguins primitifs situés autour de ce qui deviendra le lobe céphalique. Il se forme à partir du mésoderme splanchnique latéral. Les premiers éléments de la morphogénèse cardiaque peuvent se voir des le 18ème jour. Vue dorsale à 18 jours Vue latérale à 18 jours 4/18 SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE – Embryologie cardiaque : formation du cœur Schéma en coupe à 16-18 jours Les cellules cardiaques se positionnent dans le mésoderme splanchnique latéral et rostral. Elles expriment le marqueur Nkx 2.5 spécifique des cellules cardiaques. Les différentes couches du mésoderme splanchnique reçoivent des inductions positives venant de l'endoderme par le biais de facteurs de croissance sécrétés BMP et FGF8. Mais d'autres facteurs qui proviennent du tube neural vont avoir une action négative sur le mésoderme somatique pour empêcher le programme génétique de la cardiogenèse de se mettre en place dans cette partie du mésoderme. II. La formation du tube cardiaque primitif Les cellules progénitrices cardiaques forment d'abord le croissant cardiaque. Puis il y a un mouvement de l'embryon, essentiellement de l'endoderme, qui va par repliement rapprocher les deux parties latérales de l'embryon qui s'accolent pour former un tube cardiaque primitif. (voir diapo 22) Ce schéma est en couleur sur la diapo 21 5/18 SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE – Embryologie cardiaque : formation du cœur À ce stade, le tube cardiaque est formé de trois couches : le myocarde est à l'extérieur, l'endocarde à l'intérieur, puis plus tard, l'épicarde vient entourer le tout. Entre le myocarde et l'endocarde se trouve “la gelée cardiaque”. Le tube primitif va ensuite donner en se pliant en « S »le cœur primitif à 4 chambres non séparés les unes des autres. III. La formation de la boucle cardiaque (ou looping cardiaque) C'est une des étapes les plus importantes de l'embryogenèse du cœur. Elle a lieu pendant la 4ème et la 5ème semaine. Quatre chambres s'individualisent à partir du tube cardiaque qui s'infléchit. C'est un cœur primitif toujours linéaire. a. Les étapes de l’inflexion du tube cardiaque • Le tube linéaire se met sur la droite : la partie droite devient la partie dorsale du tube et la partie gauche devient la partie ventrale. • il subit ensuite une inflexion (il forme un S) • la partie postérieure du tube (les futures oreillettes) remonte par derrière. en couleur sur la diapo 26 Cela forme un cœur avec les futures oreillettes et les futurs ventricules ainsi que ce qu'on appelle la voie efférente (qui donnera l'aorte et le tronc pulmonaire). Cette étape de formation de la boucle cardiaque dépend des mouvements des différentes structures et tissus de l'embryon. Si on bloque des mouvements de l'endoderme ou qu'on ajoute des cellules au niveau caudal ou rostral du tube de manière déséquilibrée, on a des défauts de l'inflexion vers la droite de la boucle cardiaque. b. Les marqueurs ventraux et la formation des chambres cardiaques Il y a une expression ventrale de marqueurs qui correspond à la région la plus externe du tube primitif et non pas interne. Cette expression participe à la formation et à la croissance des chambres cardiaques et plus particulièrement des ventricules. C'est le modèle du ballooning. Le schéma de la diapo 27 permet de mieux comprendre le propos. 6/18 SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE – Embryologie cardiaque : formation du cœur c. Hétérotaxie : mauvais placement des organes On retrouve plusieurs catégories d’hétérotaxie. On distinguera donc, selon s'il concerne un ou plusieurs organes : • situs inversus ou situs totalis, traduisant une inversion complète des organes internes, « en miroir » par rapport à un sujet dit normal. • situs ambigus, traduisant une inversion partielle. • dextrocardie, traduisant la seule inversion de la pointe du cœur (normalement orientée à gauche) • isomérisme, les organes sont disposés symétriquement de façon anormale. Le prof nous explique que chez un mutant murin iv/iv il y a une inversion de la boucle du côté gauche et que l'oreillette gauche peut acquérir l'identité de l'oreillette droite, ce qui donne deux oreillettes droites : c'est le situs solitus. d. Mise en place de l’asymétrie droite-gauche Elle est initiée très tôt dans une région appelée le nœud de Hensen, à l'extrémité de la ligne primitive. Les cellules du nœud possèdent des cils orientés, permettant la dispersion de facteurs sécrétés qui sont amenés au coté gauche uniquement de l'embryon (initie les particularités droites-gauches). L'asymétrie droite-gauche est initiée génétiquement grâce à l'expression du facteur Nodal, de la famille des TGFβ, lequel permet l'expression du facteur Lefty2 à gauche uniquement. Ce facteur Lefty2 permet l'expression d'un gène effecteur appelé Pitx2, facteur de transcription qui active des cibles seulement à gauche. (diapo 32) Dans le cœur, Pitx2 est exprimé dans l'oreillette gauche (diapo 33). Les mutants Pitx2 possèdent deux oreillettes de type oreillette droite. Il y a une absence d'identité droite-gauche dans le cœur si Pitx2 est absent. On peut aussi voir chez ces mêmes mutants une inversion de la connexion des gros vaisseaux, ou transposition des gros vaisseaux. Le prof nous montre comment grâce à un marqueur coloré du myocarde sous-pulmonaire on peut mettre en évidence la transposition des gros vaisseaux. (diapo 35) IV.La septation aortico-pulmonaire a. La voie efférente C'est la région du cœur qui connecte le cœur au sac aortique dans la région pharyngée. Elle donne dans sa partie distale, l'aorte et le tronc pulmonaire. Dans sa partie proximale elle donne les valves cardiaques semi-lunaires aortique et pulmonaire. b. La septation de la voie efférente Des coussins endocardiques tapissent la partie interne de la voie efférente en formant une spirale le long de la voie efférente. Ces coussins endocardiques se rapprochent le long de la spirale jusqu'à séparer l'aorte et le tronc pulmonaire. 7/18 SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE – Embryologie cardiaque : formation du cœur On voit mieux cette septation sur la diapo 38 en couleur c. Les cellules de la crête neurale Les cellules de la crête neurale interviennent aussi dans la septation du cœur. Elles quittent la crête neurale (partie la plus dorsale du tube neural) et envahissent tout l'embryon, participant à la formation des cellules de Schwann, des mélanocytes... Celles qui sont entre la vésicule otique et le 3ème somite vont vers le cœur, dans la voie efférente et participent à la septation de la voie efférente. Le prof nous montre comment grâce à des marqueurs de la crête neurale on peut voir que les cellules de la crête neurale envahissent tout l'embryon et en particulier le cœur au niveau de la voie efférente (diapo 39) Un défaut de migration des cellules de la crête neurale entraîne des défauts de la septation : • tronc artériel commun persistant (pas de séparation des vaisseaux), • ventricule droit double issue (problème d'alignement des gros vaisseaux) • au niveau des gros vaisseaux : interruption de la crosse aortique, double crosse aortique, absence de carotide … (diapo 40, le schéma illustre ces malformations) Le prof nous explique que ces anomalies dues à un défaut de migration des cellules ont été mises en évidence en pratiquant l'ablation de la partie de la crête neurale (correspondant à la vésicule otique et au 3eme somite) destinée à la voie efférente. d. Le myocarde de la voie efférente (= partie du myocarde définitif issue de la voie efférente) La voie efférente peut être marquée par différents gènes rapporteurs (Mlc1, 96-16 …) dont l'expression est topologiquement différente. Ainsi, la voie efférente n'est pas équivalente dans ses parties dorsale et ventrale. 96-16 marque la partie inférieure de la voie efférente qui devient par la suite la base du tronc pulmonaire. L'étude de 96-16 au cours du temps montre que le marqueur 96-16 subit une rotation au cours de la septation donc que le myocarde de la voie efférente subit une rotation au cours de la septation. Chez les mutants Ptx2 qui ont pour certains un tronc artériel commun, on retrouve l'expression de 96-16 non pas dans sa position ventrale, mais sur le côté. Donc on peut imaginer que les troncs artériels communs associent non seulement une anomalie des crêtes neurales, mais aussi des anomalies de la rotation du myocarde de la voie efférente. 8/18 SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE – Embryologie cardiaque : formation du cœur Chez un mutant Ptx2 qui a une transposition des gros vaisseaux, l'expression du transgène est complètement dorsale, au lieu d'être ventrale. Ces défauts sont probablement dus à une anomalie de la rotation au cours de la septation. La septation aortico-pulmonaire fait intervenir : • les cellules de la crête neurale la rotation du myocarde de la voie efférente Lorsque tout se passe comme prévu, il y a bien formation des gros vaisseaux, aorte et tronc pulmonaire. En revanche, lorsque la rotation est anormale cela conduit dans le cas le plus extrême à une transposition des gros vaisseaux mais très souvent à une mauvaise position telle que le ventricule droit double issue. Lorsque la mauvaise rotation est associée à une absence ou à une mauvaise migration des cellules de la crête neurale, on a des troncs artériels communs, c'est-à-dire pas de septation de la voie efférente. • V. La formation des gros vaisseaux Ils dérivent d'une région transitoire (qui disparaît au cours du développement) appelée la région pharyngée, plus particulièrement des arcs branchiaux. Les arcs branchiaux (AB) sont au nombre de cinq : 1, 2, 3, 4 et 6 (le 5ème arc branchial n'existe pas chez l'humain). Les arcs branchiaux 1 et 2 disparaissent avant les 3, 4 et 6. Chez la souris à 10,5 jours, l'injection d'encre de chine permet de colorer les artères des arcs pharyngés branchiaux, et de voir qu'ils sont connectés à la voie efférente. Pax1 souligne lui les poches des arcs branchiaux. On peut ainsi voir qu'au départ les structures sont symétriques puis qu'une asymétrie se met en place. La 6ème artère droite disparaît et la crosse aortique se forme sur la gauche. La crosse aortique se forme à partir des arcs branchiaux 3, 4 et 6. Sur la diapo 49 on peut voir la contribution des arcs pharyngés à la formation de l'aorte et des gros vaisseaux : • Le 4ème AB gauche participe à la connexion entre l'aorte ascendante et l'aorte descendante au niveau de la crosse • Le 4ème AB droit participe à la connexion de la base de l'artère sous-clavière droite à l’artère carotide droite. • Le 6ème AB gauche participe à la formation du canal artériel très important pendant la vie fœtale, car il connecte les systèmes pulmonaire et systémique qui à la naissance se séparent. • Le 6ème AB droit disparaît au cours du développement. En 2008, une expérience met en évidence que la formation de la crosse à gauche est due à une pression très importante à gauche, contribuant au maintien de la crosse de ce côté. En ligaturant les AB à gauche, la crosse se forme à droite car la pression est alors très importante à droite. Cela montre que le programme génétique de la mise en place de l'aorte est sous l'influence d'un facteur environnemental (pression sanguine). 9/18 SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE – Embryologie cardiaque : formation du cœur Pourquoi est-il plus important à gauche qu'à droite ? Probablement à cause de la rotation de la voie efférente qui ferait que le sang serait plus éjecté à gauche qu'à droite. VI. La formation des chambres cardiaques Comment d'un cœur « linéaire » arrive-t-on à un cœur adulte avec un VD et un VG distincts et différents ? Le cloisonnement interventriculaire part de l'apex du cœur et grandit pour se connecter au canal atrioventriculaire. Il y a séparation du ventricule droit et du ventricule gauche par le septum interventriculaire. (voir diapo 52) (le ventricule gauche est plus gros que le droit) L'expansion des chambres cardiaques se fait par divisions cellulaires (augmentation de 10 fois le volume initial). Des recherches ont mis en évidence par des marquages de la membrane des cardiomyocytes et des fuseaux mitotiques que les ventricules grossissent de manière orientée, vers l'extérieur. (Alors que dans la voie efférente, l'expansion ne se fait pas du tout dans cet axe vers l'extérieur) D. L’épicarde et la formation des coronaires L'épicarde provient d'un organe appelé le pro-épicarde (amas de cellules entre le cœur et le futur foie) qui se situe juste sous le tube cardiaque. Le pro-épicarde envahit le cœur à sa surface pour donner l'épicarde. L'épicarde joue un rôle important sur la compaction du myocarde. Entre 13,5 et 18,5 semaines, le myocarde se compacte (il s’épaissit) et les trabécules se raccourcissent. Si on enlève le pro-épicarde, empêchant la formation de l'épicarde, on observe un défaut de La compaction (épaississement) du myocarde, 13,5 compaction et un déficit de croissance du myocarde. à 18,5ème semaine La voie de l'acide rétinoïque (dérivé de la vitamine A) joue un rôle dans la compaction du myocarde. La vitamine A, rétinol, subit deux étapes d'oxydation dans la cellule pour activer ses cibles dans le noyau. L'absence de l'enzyme qui produit l'acide rétinoïque conduit à l'absence de myocardisation. Or des recherches montrent que l'acide rétinoïque est sécrétée par les cellules de l'épicarde, et a un rôle dans la transition épithélio-mésenchymateuse des cellules de l'épicarde ainsi qu'un rôle dans l'activation de FGF9 important dans la myocardisation. Les cellules du pro-épicarde participent également à la formation des artères coronaires (cellules lisses des artères coronaires) et des fibroblastes du myocarde en envahissant le myocarde après transition épithéliomésenchymateuse (acronyme anglais : EMT). À la surface du cœur, les cellules pro-épicardiques forment le plexus coronaire composé de vaisseaux qui en se remodelant deviennent l'artère coronaire principale. Rq : Les artères coronaires se connectent toujours à base de l'aorte, jamais à la base du tronc pulmonaire. Il y aurait un programme génétique à l'origine de cette sélectivité (facteurs répulsifs ?). 10/18 SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE – Embryologie cardiaque : formation du cœur Le pro-épicarde initialement en dehors du cœur va aller à son contact, migrer à sa surface, et le recouvrir complètement. Il participe à la myocardisation des ventricules par l'action de facteurs de croissance tels que le FGF mais aussi donner des cellules qui vont quitter l'épicarde, envahir la région sous-épicardique, rentrer dans le myocarde pour donner des fibroblastes mais aussi les cellules musculaires lisses des artères coronaires. E. L’endocarde et la formation des valves cardiaques I. les coussins endocardiques Les coussins endocardiques se situent au niveau de la voie efférente et du canal atrio-ventriculaire. (Ils participent à la septation de la voie efférente sous l'induction des cellules des crêtes neurales.) De plus, ils entament un programme différent de l'endocarde des oreillettes et ventricules, sous l'influence de facteurs particuliers et donnent les valves cardiaques. Les coussins endocardiques sont un renflement localisé de l'endocarde qui contient : • de la gelée cardiaque (MEC de collagène) • des cellules de l'endocarde • des cellules mésenchymateuses Ces cellules mésenchymateuses proviennent de l'endocarde, elles envahissent la gelée cardiaque suite à une transition épithélio-mésenchymateuse (ou délamination) sous l'induction de facteurs bien précis provenant du myocarde. Elles se différencient ensuite en fibroblastes, cardiofibroblastes, cellules interstitielles qui sécrètent des composés de MEC très spécifiques de la valve cardiaque. On peut expérimentalement observer cette transition épithélio-mésenchymateuse en mettant des cellules du coussin au contact de collagène dans une boîte de pétri. Au bout de 24-48 heures, les cellules ont quitté leur tissu originel, ou « explant » cardiaque et commencent à envahir la matrice de collagène. 11/18 SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE – Embryologie cardiaque : formation du cœur La formation des valves atrio-ventriculaires et semi-lunaires. II. le canal atrio-ventriculaire et les valves atrio-ventriculaires Au cours de l'embryogénèse, il y a un programme génétique spécifique qui définit l'identité du canal atrio-ventriculaire (CAV) par rapport au reste du cœur (de type gène 'x' absent dans le CAV mais présent autour et gène 'y' présent dans le CAV mais absent autour). Les coussins endocardiques des canaux atrio-ventriculaires supérieur et inférieur sont colonisés par des cellules mésenchymateuses. tie2 est un gène rapporteur des cellules mésenchymateuses des coussins endocardiques. Après plusieurs semaines de développement, il est toujours présent au niveau des désormais valves tricuspide et mitrale, ce qui montre que les cellules mésenchymateuses ont bien un rôle dans la valvulogenèse. Les coussins endocardiques au niveau du canal atrio-ventriculaire donnent les valves cardiaques atrioventriculaires qui sont les valves mitrale et tricuspide. 12/18 SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE – Embryologie cardiaque : formation du cœur Étapes de la formation des CAV droit et gauche : • Il y a au départ un canal atrio-ventriculaire commun • puis une expansion supérieure et inférieure des coussins qui se connectent pour séparer le CAV droit du CAV gauche. • Il y a parallèlement une expansion des coussins latéraux qui participe aussi à la formation des valves mitrale et tricuspide. III. le canal de la voie efférente et les valves semi-lunaires Les coussins endocardiques de la voie efférente donnent les valves semi-lunaires aortique et pulmonaire. Étapes de la formation des valves issues du canal de la voie efférente : • Il y a au départ un unique canal de la voie efférente, avec quatre coussins endocardiques (dans la partie proximale de la voie efférente) • Il y a ensuite une expansion dorsale, une fusion des berges droite et gauche qui divise la voie efférente en deux avec la formation de deux valves semi-lunaires à trois feuillets. IV.La structure des valves Les cellules interstitielles des valves sécrètent de la MEC de façon orientée. Pour la valve aortique : • collagène (fibrosa) en aval du flux • protéoglycans (spongiosa) • élastine (ventricularis, ou atrialis pour les valves atrio-ventriculaires) en amont du flux 13/18 SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE – Embryologie cardiaque : formation du cœur Cette structure de la valve aortique participe à la propriété d'élasticité et de résistance de la valve. En systole, les fibres de collagène sont repliées tandis qu'en diastole il y a un réalignement des fibres. On ne connaît pas encore les facteurs qui permettent cet alignement, cette orientation de la sécrétion de la MEC et les propriétés de ces valves. Pathologies des valves ; anomalie anatomique, fonctionnelle, prolapsus, insuffisance aortique... F. Le développement du cœur : nouveaux concepts J'ai envoyé un mail au Pr Zaffran pour lui demander ce qu'il fallait retenir de cette partie très dense qui contenait beaucoup, beaucoup de résultats de recherche sur le sujet. Voici sa réponse : L'idée est que vous sachiez qu'il existe un second champ cardiaque, sa localisation et sa contribution à la formation du cœur. Les approches décrites pour découvrir cette nouvelle source de cellules progénitrices cardiaques sont trop difficiles à comprendre en un seul cours. Donc ce n'est pas la peine de retenir les détails des expériences présentés dans cette partie. On connaît les grandes étapes de la cardiogenèse, (spécification très tôt dans le mésoderme splanchnique ; formation du croissant cardiaque, du tube linéaire, du looping cardiaque ; formation des chambres cardiaques etc...), mais on se pas encore très bien comment elles se passent. L'ancien modèle : Tous les composants du cœur dérivent du croissant cardiaque. Dans les années 90, des injections de colorants et de nucléotides radiomarqués chez l'embryon de poulet ont montré que le tube linéaire pouvait donner à la fois des futurs ventricules, des oreillettes, et de la voie efférente. Ces recherches ont ainsi permis de dire que le tube primitif est composé de la plupart de ces futures régions. Le problème c'est que le développement de la région de la voie efférente ne rentre pas complètement dans ce modèle. Il y avait une controverse quant à l'origine de la voie efférente. 14/18 SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE – Embryologie cardiaque : formation du cœur I. La découverte du « champ cardiaque antérieur » Les cardiosensors, ou gènes rapporteurs, ou marqueurs transgéniques permettent de suivre l'évolution au cours du temps de différentes parties du cœur. En 2001, grâce à la lignée Mlc1v-24, un chercheur de Luminy a montré que la voie efférente provient d'une région en dehors du tube cardiaque. Elle est connectée aux artères et arcs aortiques des arcs pharyngés. Il y a une continuité parfaite entre le myocarde de la voie efférente et le mésoderme splanchnique. Ce transgène Mlc1v-24 est une insertion du gène rapporteur LacZ dans une région régulatrice du gène codant pour FGF10, c'est un gène rapporteur de la lignée des cellules de la voie efférente. En regardant l'expression du transgène Mlc1v-24 non pas au stade de tube linéaire mais au stade du croissant cardiaque, on s'aperçoit que son expression n'est pas au niveau du croissant cardiaque, mais sous le croissant cardiaque (toujours dans le mésoderme splanchnique). Si on enlève le tube linéaire, on retrouve quand même l'expression de Mlc1v-24, autour du tube linéaire. En injectant un colorant dans le mésoderme splanchnique sous le mésoderme cardiaque et en laissant les embryons de souris pendant 24h en culture, on observe que le colorant se trouve alors dans la voie efférente. La même année, sur le modèle poulet, deux autres groupes américains ont montré que la voie efférente provient bien du mésoderme splanchnique extra-cardiaque. Ainsi, la voie efférente est faite de cellules qui proviennent du mésoderme splanchnique qui est sous le croissant/tube cardiaque. Ce mésoderme splanchnique, ou mésoderme pharyngé se nomme aussi second champ cardiaque ou champ cardiaque antérieur. Nouveau modèle proposé à l'époque : Le cœur a deux origines distinctes, le croissant cardiaque (premier champ cardiaque) et le mésoderme splanchnique (second champ cardiaque). La diapo 90 (en couleur) illustre ce nouveau modèle. Le prof (qui est un chercheur, vous l'aurez bien compris) a alors cherché à regarder l'identité du tube cardiaque pour confirmer ces nouvelles découvertes. Il a découpé uniquement certaines parties du tube cardiaque qu'il a séparément mises en culture. Ces coeurs ont été isolés à partir de souris transgéniques Mlc1v-24, Mlc3f-9 et Mlc3f-2. Lorsqu'on colore après 48h de culture ces explants, chaque partie du tube qu'il a découpée est colorée de façon différente par les différents marqueurs et donc possède une identité distincte des autres parties. Après avoir injecté du colorant au niveau du croissant cardiaque, le colorant se situe dans le VG à 2415/18 SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE – Embryologie cardiaque : formation du cœur 48 h de culture. Ainsi, chez la souris, le tube cardiaque contient essentiellement du VG. Ensuite le prof s'est intéressé au mésoderme splanchnique qu'il a prélevé chez des embryons à un stade précoce. La première observation est que les cellules se contractent de manière rythmique et automatique, elles sont donc bien des cardiomyocytes. Leur identité est plutôt de type voie efférente. Si ces explants sont issus d'embryons encore plus précoces, on a une identité de type ventricule droit. Ainsi, le ventricule droit et la voie efférente proviennent de ce mésoderme splanchnique situé sous le croissant/tube cardiaque. Grâce à des marqueurs on peut visualiser le second champ cardiaque. Cela se fait essentiellement avec Islet-1 qui marque les cellules sous le croissant/tube cardiaque. Les mutants Islet-1 meurent tous pendant la gestation et ont tous des défauts : un seul ventricule, pas de voie efférente. Cela est dû à une anomalie du second champ cardiaque. Chez le poulet, si on fait des ablations du second champ cardiaque, les malformations observées sont la tétralogie de Fallot. Le second champ cardiaque est donc très important pour la cardiogenèse. II. Identification de deux sources de progéniteurs cardiaques En parallèle de ces études d'injection, son labo a utilisé une analyse clonale rétrospective sur des milliers d'embryons de souris (c'est-à-dire qu'il a regardé la cellule mère et ses cellules descendantes). Le cœur a été divisé en 6 régions : la VE, les futurs VG et VD, le canal atrio-ventriculaire et les futures OG et OD. Des cellules ont été positionnées les unes par rapport aux autres dans l'ensemble de ces régions. Les résultats de l'analyse et du classement des clones ont montré que : • il y a des clones qui peuvent coloniser les régions 1, 2, 4, 5 et 6 mais jamais la 3 (la région du VG) • à l'inverse il y a des clones qui peuvent coloniser toutes les régions sauf la 1 (la région de la VE). (la diapo 101 illustre l'expérience) Cela montre qu'il y a deux lignages cardiaques distincts : • Le premier (croissant cardiaque) contribue à la formation du VG, et des oreillettes, mais jamais de la voie efférente. • Le deuxième (2nd champ cardiaque) contribue à la VE, aux oreillettes, au VD, mais jamais au VG. La voie efférente et le ventricule gauche ont des origines embryologiques distinctes. Grâce à ces travaux, le modèle de la cardiogenèse a été remanié en introduisant des lignages différents pour le VG et la VE. Voir diapo 103 schéma E9 [OFT = voie efférente ; PRA = pro-OD ; PLA = pro-OG ; PEO = pro-épicarde ; cNCC = cellules de la crête neurale] 16/18 SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE – Embryologie cardiaque : formation du cœur III. Les sous-domaines du second champ cardiaque Récemment, le prof a observé que c'est la partie postérieure du second champ cardiaque qui contribue aux oreillettes. Il y a un programme génétique dans le mésoderme splanchnique qui participe à l'établissement de sousdomaines dans le second champ cardiaque. Ces sous-domaines vont contribuer aux oreillettes ou à la voie efférente. Les facteurs de transcription Hoxb1, Hoxa1, Hoxa3 contribuent à la formation des oreillettes. Ils sont également présents au niveau de la voie efférente, mais seulement dans sa partie inférieure qui donne plus tard le myocarde situé autour du tronc pulmonaire. Très tôt au niveau du mésoderme splanchnique les facteurs de transcription Hox ne sont présents qu'au niveau du futur tronc pulmonaire (et des oreillettes) et pas au niveau de la future aorte. L'aorte et le tronc pulmonaire ont donc probablement une origine embryonnaire différente très tôt dans le second champ cardiaque. Sur la diapo 112 on comprend mieux ce que le prof a voulu dire : au stade croissant cardiaque – mésoderme splanchnique, les gènes Hox en question sont seulement présents dans le domaine postérieur du second champ cardiaque. Plus tard, au stade boucle cardiaque, on voit sur la coupe de la voie efférente (au dessus du dessin de la boucle) que l'expression des Hox n'est que postérieure, dans le domaine postérieur donc. Après rotation et individualisation de l'aorte et du tronc pulmonaire, l'expression des Hox est retrouvée au niveau du tronc pulmonaire et pas au niveau de l'aorte. Cela est très important pour comprendre les malformations de la région caudo-troncale (tétralogie de Fallot, tronc artériel commun, VD double issue...) Modèle encore plus récent, avec des sous-domaines : Le cœur a deux origines distinctes, le croissant cardiaque (premier champ cardiaque) et le mésoderme splanchnique (second champ cardiaque). Et on divise le second champ cardiaque en deux domaines : • le domaine postérieur qui donne les oreillettes et la voie efférente uniquement inférieure (donc le myocarde supérieur, le tronc pulmonaire) • le domaine antérieur IV. Et chez l'homme ? Le prof a montré qu'Islet-1 est exprimé chez l'homme dans le mésoderme splanchnique sous le tube. Dans la collection d'embryons atteints de cardiopathies à l'hopital Necker à Paris, on a retrouvé des coeurs qui présentaient des malformations de la voie efférente associée à des malformations des oreillettes, deux régions auxquelles le second champ cardiaque contribue très fortement. D'où l'idée de l'origine de ces maladies dans le second champ cardiaque. 17/18 SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE – Embryologie cardiaque : formation du cœur Mmmm un cours Compliké hê. Une mention spéciale à Porkye [Bwo bwo bwooo] et au café qui nous a fait arriver en retard au ronéo. Heureusement que j'ai commencé à allumer l'ordi en traversant le passage piéton du Jarret, sinon je devrais encore plus remercier Laurence et Marie, aka Maryse la vierge aigrie et vieille branche de m'avoir fourni les premières lignes de ce ronéo brumeux. Un grand merci à la chanson Blue Monday de New Order. C'est une rave party années 80 dans ma tête depuis 5 jours. Et sinon une dédicace : • au Caramba qui a les plus grosses maracas ! • À tous les lève-tôt qui vont faire le WES, et plus particulièrement aux Paulines, à Gaëlle et à Ôdh les fanas de la planification à la cafèt • À Pauline Heintz et Sandra Luciani que j'ai retrouvées hebdomadairement devant les feuilles d'émargement du master • à Julien Lacheray car sans vouloir te mettre la pression (en fait si), j'attends beaucoup de ton déguisement pour la pharmaCarnaval et à Julie Tronckett : Ma litière a disparu, les humains ont encore volé mon caca ! • au Pr Zaffran pour avoir répondu à mon mail, trop gentil • à Jessy et Mathilde pour ce mardi ciné qui n'arrivera vraisemblablement jamais • et à tous ceux que j'oublie, deux fois plus de beuzoooo ! 18/18
