02/02/15 GILLOT Diane D1 CR : MACIOW Benjamin

SYSTÈME CARDIOVASCULAIRE – Embryologie cardiaque : principales étapes de la formation du cœur
02/02/15
GILLOT Diane D1
CR : MACIOW Benjamin
Système cardiovasculaire
Dr. Stéphane Zaffran
20 pages
Embryologie cardiaque : principales étapes de la formation du cœur
Plan
A. 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
B. L'épicarde et la formation des coronaires
C. L'endocarde et la formation des valves cardiaques
D. Le développement du cœur : nouveaux concepts
Ce cours est assez insupportable, pas très encourageant comme premier cours du semestre, je pense qu'il faut
savoir les grandes lignes que j'ai essayé de mettre en gras après le reste c'est beaucoup d'exemples
d'expériences...
Introduction
On ignore encore beaucoup des etapes qui conduisent à la formation d’un cœur, d'où l'importance de l'etude des
modeles animaux.
Le prof utilisera par la suite beaucoup d'illustrations d'articles de recherche en embryologie sur des embryons
de souris, de poulet etc... J'ai détaillé les recherches mais je n'ai pas pu mettre toutes les diapos,vous pourrez
regarder sur le diapo du prof.
Les différents modèles animaux pour étudier la cardiogénèse précoce :
– Des modèles invertébrés comme les insectes : drosophila melanogaster, coeur linéaire en partie dorsale
juste sous sa couche de cuticule
– Des vertébrés primitifs comme la larve ascidiacea.
– Le modèle poisson zèbre danio rerio est de plus en plus utilisé, car il donne une imagerie du
développement très précise, par ailleurs ce poisson a une capacité de régénération du coeur adulte : on
peut le couper en morceaux et il se régénère (très intéressant pour la recherche).
– La grenouille xenopus laevis a été très utilisée les 20 dernières années car les oeufs sont manipulables à
l'extérieur.
– Enfin on a également un modèle murin, la souris mus musculus.
Tous ces animaux ont en commun le modèle histologique du cardiomyocyte, mais la forme du cœur est très
variable. Chez les mammifères (dont modèle murin) on a classiquement 4 chambre (2 ventricules,2 oreillettes).
Dans le modèle murin le coeur est beaucoup plus petit que chez l'homme mais on retrouve une pompe à 4
chambres. On peut créer des souris transgéniques, invalider des gènes, réaliser une analyse de lignages
génétiques, réaliser une analyse temporelle du développement.
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SYSTÈME CARDIOVASCULAIRE – Embryologie cardiaque : principales étapes de la formation du cœur
A. Les principales étapes du développement cardiaque
I. Origine embryonnaire du cœur
Le cœur est le premier organe à se développer et fonctionner. La période entre la 3ème et la 10ème
semaine est critique: c'est à ce moment là principalement que se fait l’embryogenèse du cœur.
Les premiers elements de la morphogenese cardiaque peuvent se voir des le 18eme jour.
Le cœur se forme à partir du mésoderme.
A J18, on voit apparaître des îlots sanguins en fer à cheval (visibles sur la vue dorsale) qui vont se regrouper, et
à partir de cette zone cardiale en avant de la tête va naître le cœur.
En coupe transverse : dans les couches médianes le mésoderme latéral est divisé en 2 partie : somitique et
splanchnique. C'est de cette partie splanchnique que dérive le cœur. Ce mésoderme splanchnique est très proche
de l'endoderme. Cette région va donner des précurseurs de cellules cardiaques garce à des signaux.
Ces signaux proviennent de l'endoderme : BMP2/4 et FGF8. Ils induisent au sein du mésoderme latéral
splanchnique toute la spécification des progéniteurs cardiaques, les cellules mésodermiques expriment alors des
facteurs clé du développement cardiaque.
Parallelement d'autres facteurs qui proviennent du tube neural vont avoir une action negative sur le mesoderme
somitique pour empecher le programme genetique de la cardiogenese de se mettre en place dans cette partie du
mesoderme.
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II. La formation du tube cardiaque primitif
Les cellules progenitrices cardiaques forment d'abord le croissant cardiaque. Puis il y a un
remaniement de l'embryon, essentiellement au niveau de l'endoderme (formant le foregut ou intestin
antérieur), qui va par repliement rapprocher les deux parties laterales de l'embryon qui s'accolent pour
former le tube cardiaque primitif.
(le tube est relié à la partie dorsale de l'embryon par le péricarde dorsal)
Expérience : chez la souris, les cellules du mésoderme sont colorées en bleu. On a un repliement dû à tout un
remaniement de l'embryon, deux régions au départ opposées vont donner une forme de tube : le tube cardiaque.
A ce stade, le tube cardiaque est formé de trois couches : le myocarde à l'extérieur, l'endocarde à l'intérieur, et la
gelée cardiaque entre les deux (solution composée de matrice extra cellulaire qui sépare les deux couches,
importante dans certaines étapes du développement).
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III.
La formation de la boucle cardiaque
a) Les étapes
Au départ on a un tube linéaire avec un pôle veineux et un pôle artériel.
Puis le tube linéaire subit une inflexion pour former un S, les oreillettes passent en partie
dorsale : ceci correspond au repliement des différentes couches. On reconnaît alors le cœur
primitif, avec les différentes chambres (oreillettes et ventricules), le canal efférent ou région conotroncale.
Les oreillettes vont se diriger vers la partie dorsale suite à l'inflexion du coeur
On ignore vraiment pourquoi le coeur se penche d'abord vers la gauche pour donner le S, ce processus de
latéralisation est dicté par l'axe droite-gauche du corps. Dès qu'il y a des anomalies de latéralisation on peut
avoir des anomalies du positionnement cardiaque.
–
–
b) Hétérotaxie :( mauvais placement des organes )
Peut survenir en cas de dérèglement.
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 (le sujet peut vivre normalement dans ce cas)
– situs ambigus, traduisant une inversion partielle (entraîne des troubles selon organe concerné)
– dextrocardie, traduisant la seule inversion de la pointe du cœur (normalement orientée à gauche)
– isomérisme, les organes sont disposés symétriquement de façon anormale
La position normale est appelée situs solitus.
En cas d'inversion totale, il n'y aura pas de problème particulier.
Par contre en cas d'inversion partielle on pourra avoir des troubles.
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Par une manipulation génétique on peut induire un situs inversus chez la souris. S'ensuit une duplication de
l'oreillette droite conduisant à des pathologies invalidante.
Ceci est occasionné par des mutations de la dynéine qui est impliquées dans la formation du cil.
Pendant la gastrulation, chez la souris comme chez l'homme il y a une région appelée le nœud de Hensen, à
l'extrémité de la ligne ciliée, dans laquelle se trouve un amas de cellules ciliées dont les cils tournent toujours
dans le même sens, permettant la localisation de protéines (protéines nodales) secrétées par ces cellules d'un
seul côté (gauche) de l'embryon. Ces protéines nodales (de la famille des TGF-B) vont se lier à leur récepteur,
initiant une cascade de réactions (protéines lefty étant les effecteurs des protéines nodales) aboutissant à
l'activation du gène PITX-2., qui va dicter l'identité gauche de l'embryon.
Le gène Pitx2 intervient dans le contrôle génétique de l'asymétrie droite-gauche.
Expérience : on inverse l'expression de marqueurs moléculaire par recombinaison. On délète au niveau
génétique une région particulière du gène Pitx2 chez la souris, par exemple l'exon 4 avec son promoteur P2. On
obtient une souris δc/δc sans exon 4, ce qui conduit a l'invalidation de Pitx2.
On a alors une duplication : les mutants possèdent deux oreillettes de type oreillette droite.
En temps normal Pitx2 est exprimé au niveau du coeur gauche.
Il y a donc une absence d'identite droite-gauche dans le cœur si Pitx2 est absent.
On peut aussi voir chez ces memes mutants une inversion de la connexion des gros vaisseaux= transposition
des gros vaisseaux (l'aorte devant et l'artère pulmonaire derrière)
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IV. La septation aortico-pulmonaire
a) Région conotruncale ou voie efférente
Elle relie le cœur embryonnaire au sac aortique (lequel conduira à la formation des grosses artères) : c'est la
sortie d'éjection du cœur.
Elle présente 2 sous régions :
– la voie efférente distale :(connectée au sac aortique)donnera aorte et tronc pulmonaire.
– la voie efférente proximale :(connectée au futur ventricule droit) donnera feuillets des valves et
coussins endocardiques
Cette région est connectée à la région pharyngée (région transitoire, présente uniquement chez l'embryon).
La voie efférente reçoit une série de signaux provenant de cet endoderme pharyngé (tapissant la cavité de
l'intestin antérieur) ainsi que de cellules situées juste sous le cœur.
Cette région est soumise à une régulation importante avec des interactions importantes avec ces différents
signaux.
b) La septation de la voie efférente
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La septation aortico-pulmonaire est très importante car elle va permettre la division d'un vaisseau unique(voie
efférente) en 2 : l'aorte et le tronc pulmonaire.
Le septum rentre au fur et à mesure dans la voie efférente et la scinde en 2.
Ces septums se forment par la croissance de masses de cellules spéciales et de matrice extra cellulaire appelées
coussins endocardiques.
Ces coussins endocardiques tapissent la partie interne de la voie efferente en formant une spirale le long de la
voie efferente. Ils se rapprochent en spirale jusqu'à separer l'aorte et le tronc pulmonaire.
C'est cette septation qui donnera l'enroulement en spirale entre aorte et tronc pulmonaire.
La position est très importante : il faut que chaque vaisseaux soit connecté à la bonne partie du cœur (aorte au
VG et tronc pulmonaire au VD).
c) Les cellules des crêtes neurales
Cette septation fait intervenir beaucoup de cellules.
Les cellules de la crête neurale (partie la plus dorsale du tube neural) quittent le tube neural pour envahir tout
le corps de l'embryon formant différentes cellules : mélanocytes, cellules de schwann ... Celles issues de la zne
située entre la vesicule otique et le 3eme somite vont vers le cœur, dans la voie efferente et participent à la
septation de la voie efferente. Elles sont appelées cellules cardiaques de la crête neurale : elles vont envahir le
coeur et participer aussi a toute la formation des gros vaisseaux (cellules musculaires lisses).
On voit la localisation de ces cellules grâce à des marqueurs de la crête neurale : au niveau des coussins
endocardiques, elles sont essentiellement là où va se former ce septum, mais vont aussi participer à la formation
le canal artériel.
Après la septation, elles disparaissent par apoptose.
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Expérience concernant les cellules de la crête neurale :
Récapitulatif des malformations liées aux CCN
En utilisant le modèle poulet, on va réaliser l'ablation du tube neural, découper des morceaux et laisser
l'embryon de poulet se développer.
Si on réalise une ablation du tube neural entre la vésicule otique et le 3eme somite, on obtient une anomalie du
coeur et des gros vaisseaux. On va avoir soit un vaisseau unique c'est à dire aucune septation (retrouvé chez
l'homme à la naissance= prise en charge chirurgicale), soit un ventricule droit double issue c'est à dire l'aorte et
le tronc pulmonaire se connectent tous deux au ventricule droit.
On va aussi avoir des anomalies au niveau des gros vaisseaux : interruption de l'aorte, double aorte, absence
deartères carotides, arc aortique qui part vers la gauche ...
Au niveau de l'arche aortique : dès les stades précoces on peut identifier la structure des arcs aortiques en
formation (par exemple la crosse est formée essentiellement par le dérivé du 4ème arc pharyngée …).
Les cellules cardiaques des crêtes neurales (CCN) envahissent toute cette région et participent à la
septation aortico-pulmonaire.
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d) Le myocarde de la voie efférente (partie du myocarde définitif issue de la voie efférente)
Les cellules du myocarde sont colorées en bleu à gauche. Avec d'autres transgènes on ne colore qu'un partie de
la voie efférente, au milieu que la partie supérieure et à droite que la partie inférieure. On constate si l'ont suit
dans le temps ces modèles transgéniques que les différentes parties conduisent à la formation de structures
particulières.
Si on suit 96-16 qui colore spécifiquement la partie inférieure de la voie efférente, plus tard on le retrouve
uniquement au niveau de la base du myocarde du tronc pulmonaire : donc le tronc pulmonaire provient
uniquement de la partie inférieure de la voie efférente.
En suivant la dynamique d'expression de ce transgène, on a montré que la voie efférente subit une rotation pour
positionner correctement le tronc pulmonaire (en avant sur le VD).
La voie efferente peut etre marquee par differents genes rapporteurs (Mlc1, 96-16 ...) dont l'expression est
topologiquement differente. Ainsi, la voie efferente n'est pas equivalente dans ses parties dorsale et ventrale.
96-16 marque la partie inferieure de la voie efferente qui devient par la suite la base du tronc pulmonaire.
L'etude 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 efferente subit une rotation au cours de la septation.
e) Malformations conotruncales
Elles sont dues à des défauts de la voie efférente.
Ces différentes malformations peuvent provenir d'une anomalie des cellules des crêtes neurales, du
myocarde ou des coussins endocardiques.
Donc on ne peut pas savoir a quoi une déformation est due exactement, c'est très difficile.
Exemples typiques :
La tétralogie de Fallot (T4F)
Il s'agit de la maladie cyanogène la plus commune des cardiopathies congénitales avec une prévalence de
3/10 000 ce qui représente 10% de toutes les malformations cardiaques. Elle touche essentiellement les voies
d'éjection.
Elle se caractérise par quatre signes :
– Communication interventriculaire CIV
– Aorte à cheval
– Sténose pulmonaire
– Hypertrophie du VD
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Si la rotation de la voie efférente est perturbée, la position gros vaisseaux est affectée. On observe un
écrasement du tronc pulmonaire par l'aorte entraînant une sténose de l'artère pulmonaire, avec pour
conséquence une hypertrophie du ventricule droit.
C'est un phénomène très complexe, qui peut être associé a d'autres anomalies cardiaques. Il peut aussi conduire
à des problèmes d'hypoplasie des artères pulmonaires.
Ce sont donc des troubles très graves.
L'évolution est hétérogène et dépend de l'anatomie initiale, du traitement et du génotype.
Les mutations associées à la T4F :
Cette maladie est complexe, il n'y a pas un mécanisme unique ni un gène unique.
Les enfants qui ont une anomalie génétique comme la trisomie 21 ou la syndrome de Di George (microdélétion
22q11) ont souvent des malformations cardiaques congénitales comme la T4F.
Il existe de nombreuses autres anomalies genetiques causant la tetralogie de Fallot, mais la plus importante est
le syndrome de Di George où la T4F est presente chez 15% des malades.
Elle peut aussi se trouver sous forme familiale ou isolée.
Transposition des gros vaisseaux
La prévalence est de 1/3500-5000, ce qui représente 7-10% des anomalies cardiaques congénitales.
Elle touche plus souvent les hommes (x2).
Elle est souvent associée à des anomalies des coronaires, des ventricules et des oreillettes, perforation du
septum atrial, perforation du septum ventriculaire.
Au niveau anatomique, cette malformation entraine une position de l'aorte devant le tronc pulmonaire, donc
l'aorte va s'aboucher sur le ventricule droit,et le tronc pulmonaire sur le ventricule gauche, ce qui conduit à une
inversion entre circulation artérielle et pulmonaire ce qui peut conduire à la mort du nouveau né.
Quels en sont les mécanismes ? Les gènes ?
Elle est la plupart du temps non syndromique, JAMAIS dans les del22q11 (Di George). Elle peut être liée
au diabète.
On a identifié 3 gènes dont ZIC3 et CFC.
Une étude a suggéré qu'elle pouvait être le résultat d'une mauvaise rotation
La transposition des gros vaisseaux est cons écutive à une anomalie du signal de latéralisation D/G et de
rotation.
Les cellules des crêtes neurales ne sont pas impliquées dans les anomalies de rotation, et donc dans la
transposition des gros vaisseaux.
La malformation est associée à plusieurs mécanismes embryonnaires, et pas à un seul gène mais à plusieurs.
En conclusion, la septation aortico-pulmonaire fait intervenir :
• les cellules de la crete neurale
• la rotation du myocarde de la voie efferente
Lorsque tout se passe comme prevu, 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 extreme à une transposition
des gros vaisseaux mais tres souvent à une mauvaise position telle que le ventricule droit double issue.
Lorsque la mauvaise rotation est associee à une absence ou à une mauvaise migration des cellules de la
crete neurale, on a des troncs arteriels communs, c'est-à-dire pas de septation de la voie efferente.
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V. La formation des chambres cardiaques
On passe d'un coeur linéaire à un coeur bien formé, avec 2 chambres auriculaires (très petites) et 2 chambres
ventriculaires (très grandes).
Experience :Un hollandais a suggéré que la formation des chambres cardiaques se faisait par phénomène de
ballooning, pendant la formation, uniquement dans la partie externe du coeur avec croissance orientée vers
l'extérieur du tube primitif.
On sait maintenant que ce modèle n'est pas tout a fait exact : à l'institut pasteur il a été montré qu'il existe une
croissance orientée des cardiomyocytes. On a étudié l'orientation des divisions cellulaires dans chaque région
du tube linéaire. L'axe d'élongation des cellules du cœur embryonnaire démontre une orientation planaire des
cardiomyocytes. Il y a une certaine cohérence de la division dans cette région (coordination locale).
On en conclut que chaque région du coeur a une division dictée par une orientation bien précise (on
recherche les gènes impliqués) qui conduirait à cette expansion du coeur vers l'extérieur.
a) Le cloisonnement interventriculaire
Sur la photo du haut on a un coeur à 10,5 j on reconnait les oreillettes (parois fines) et les ventricules (parois
épaisses avec trabécules, et des villosités dont la fonction probable est l'échange sang- myocarde pour nourrir le
myocarde).
La photo du bas est à un stade un petit plus tardif, le VD est plus petit que le VG.
C'est au niveau des trabécules qu'on retrouve le système de conduction du cœur. Les cardiomyocites vont
traduire et transporter le signal aboutissant à la conduction à travers les ventricules, avec l'aide de connexines
qui permettent le passage de la conduction d'une cellule à l'autre.
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b) Le système de conduction
Le tissu de conduction dérive du myocarde (trabécules).
Les variations dans les propriétés de conduction sont causées, au moins en partie, par le profil d'expression des
“connexines».
3 marqueurs : Gata6, min-k, CCS
Le tissu conducteur est induit par endothelin (poulet) et neuregulin (souris).
On observe au niveau ventriculaire les fibres de Purkinje formant un réseau se positionnant sur les trabécules.
On retrouve au niveau du septum inter-ventriculaire le nœud atrio-ventriculaire, et dans l'oreillette droite le
nœud sinusal qui sont les deux centres électriques qui déclenchent, ralentissent et propagent les influx
électriques.
B. L'épicarde et la formation coronaire
L'épicarde est la couche externe qui tapisse le myocarde.
Il dérive de l'organe épicardique ou pro-épicarde (amas de cellules localisé à l'extérieur du cœur, entre le cœur
et le futur foie) qui se situe juste sous le tube cardiaque.
Les cellules du pro-épicarde migrent et envahissent toute la surface du myocarde, donnant ainsi l'épicarde
et les coronaires.
L'epicarde joue un role important sur la compaction du myocarde: SANS EPICARDE IL N'Y A PAS DE
COMPACTION DU MYOCARDE.
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Entre 13,5 et 18,5 semaines, le myocarde se compacte (il s’epaissit) et les trabecules se raccourcissent.
Si on enleve le pro-epicarde, empechant la formation de l'epicarde, on observe un defaut de compaction et un
deficit de croissance du myocarde.
La voie de l'acide rétinoïque
C'est un dérivé de la vitamine A qui joue un rôle dans la compaction du myocarde
Il a été démontré que l'acide rétinoïque entraîne l'activation de toute une batterie de gènes qui ont des effets
benefiques mais aussi teratogenes. La vitamine A (retinol) subit deux etapes d'oxydation dans la cellule pour
activer ses cibles dans le noyau. L'absence de l'enzyme qui produit l'acide retinoique conduit à un defaut de
compaction du myocarde.
L'acide rétinoique interagit avec de nombreuses autres voies conduisant à la compaction du myocarde et la
formation des coronaires.
Des recherches montrent que l'acide retinoique est secretee par les cellules de l'epicarde, et a un role dans la
transition epithelio-mesenchymateuse des cellules de l'epicarde ainsi qu'un role dans l'activation de FGF9
important dans la myocardisation.
Les coronaires sont formées grâce aux cellules de type musculaire lisse (tapissant la paroi interne des
vaisseaux) provenant de l'épicarde : l'épicarde contient des progéniteurs qui vont le quitter et pénétrer dans le
myocarde pour former les coronaires.
Les cellules du pro-epicarde participent egalement à la formation des arteres coronaires (cellules lisses des
arteres coronaires) et des fibroblastes du myocarde en envahissant le myocarde apres transition epitheliomesenchymateuse
Donc l'acide rétinoïque est très important dans la compaction du myocarde et la formation des
coronaires
L'épicarde est soupçonné d'avoir de grandes capacités régénératrices (exemple du poisson zèbre), recherche
dans le monde entier sur la régénération du cœur.
C. L'endocarde et la formation des valves cardiaques
Le rôle des valves cardiaques est de permettre l'éjection du sang et d'empêcher celui-ci de refluer dans le
mauvais sens entre les différentes cavités du cœur.
Elles sont au nombre de 4 :
– les valves sigmoïdes = semi lunaires que sont les valves aortiques et pulmonaires
– les valves atrio-ventriculaires que sont les valves mitrales et tricuspides
Elles sont composées de feuillets (2 pour la mitrale, 3 pour la tricuspide, l'aortique et la pulmonaire ) reliés aux
muscles papillaires par des cordages tendineux qui vont permettre leur ouverture lors de la contraction
ventriculaire.
Elles sont structurées en strates bien ordonnées avec trois couches distinctes :
fibrosa : composée de collagène
spongiosa : composée de protéoglycanes +++
ventricularis : composée d'élastine +++
Elles sont composées de cellules interstitielles et surtout de matrice extracellulaire
Ces strates confèrent aux valves des propriétés particulières : elles sont très élastiques à l'ouverture grâce à
l'élastine et très rigide à la fermeture grâce au collagène.
La composition en collagène/élastine est très importante pour la valve et un déséquilibre peut conduire à une
anomalie de fonctionnement
Cette structure de la valve aortique participe à la propriete d'elasticite et de resistance de la valve.En systole, les
fibres de collagene sont repliees tandis qu'en diastole il y a un realignement des fibres.
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Les valves dérivent de :
– la voie efférente
– du canal atrio-ventriculaire
Anatomie du coeur
a) les coussins endocardiques
Les coussins endocardiques se situent au niveau de la voie efferente et du canal atrio-ventriculaire. (Ils
participent à la septation de la voie efferente sous l'induction des cellules des cretes neurales.)
De plus, ils entament un programme different de l'endocarde des oreillettes et ventricules, sous l'influence de
facteurs particuliers et donnent les valves cardiaques.
Les coussins endocardiques sont un renflement localise de l'endocarde qui contient :
• de la gelee cardiaque (MEC de collagene)
• des cellules de l'endocarde
• des cellules mesenchymateuses
Ces cellules mesenchymateuses proviennent de l'endocarde, elles envahissent la gelee cardiaque suite à
une transition epithelio-mesenchymateuse sous l'induction de facteurs bien precis provenant du
myocarde.
La transition épithelio-mésenchymateuse (EMT) est un élément essentiel concourant à la formation des
valves. Les cellules endothéliales, après avoir reçu un signal du myocarde ( BNP2) va induire l' EMT
BNP 2 est sécrété dans une région particulière du myocarde, son signal est récupéré par les cellules
endothéliales et interprété par celles-ci comme un déclenchement de la transition épithéliomésenchymateuse : la gelée cardiaque est envahie par des cellules mésenchymateuses qui prolifèrent et
donnent ensuite les cellules interstitielles.
Expérience : observation de la transition epithelio-mesenchymateuse
Le canal atrio-ventriculaire est coupé en deux, posé sur gel de collagène, les cellules quittent la couche
endothéliale pour envahir le gel de collagène et donner cellules mésenchymateuses : transition epithelio
mesenchymateuse.
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b) Le canal atrio-ventriculaire et les valves atrio-ventriculaires
Au cours de l'embryogenese, il y a un programme genetique specifique qui definit l'identite du canal atrioventriculaire (CAV) par rapport au reste du cœur.
Les coussins endocardiques des canaux atrio-ventriculaires superieur et inferieur sont colonises par des cellules
mesenchymateuses.
Les coussins endocardiques au niveau du canal atrio-ventriculaire donnent les valves cardiaques atrioventriculaires qui sont les valves mitrale et tricuspide.
c) Le canal de la voie efferente et les valves semi-lunaires
Les coussins endocardiques de la voie efferente donnent les valves semi-lunaires aortique et pulmonaire.
Etapes de la formation des valves issues du canal de la voie efferente :
–
Il y a au depart un unique canal de la voie efferente, avec quatre coussins endocardiques (dans la partie
proximale de la voie efferente)
–
Il y a ensuite une expansion dorsale, une fusion des berges droite et gauche qui divise la voie efferente
en deux avec la formation de deux valves semi-lunaires à trois feuillets.
d) Remodelage de la valve
La valve subit ensuite une maturation et un remodelage. (Remarque :le collagène est sécrété avant le
remodelage). Ses couches s'organisent pour donner les différentes strates.
On ne connaît pas encore les mécanismes qui contrôlent ce remodelage, pourquoi il y a cette position
particulière.
Expérimentalement, pour comprendre la formation des valves on peut modifier certains facteurs :
modèles murins d'insuffisance aortique, avec des valves anormalement grosses et un excès de cellules
interstitielles qui sont incapables de sécréter du collagène. Les valves de ces mutants régurgitent, elles sont très
peu rigide.
D. Développement du cœur : nouveaux concepts
Concernant cette partie le prof a dit :
L'idee est que vous sachiez qu'il existe un second champ cardiaque, sa localisation et sa contribution à la
formation du cœur,. Les approches decrites pour decouvrir cette nouvelle source de cellules progenitrices
cardiaques sont trop compliquées, ce n'est pas la peine de retenir les détails.
Rappel :
Le coeur se développe a partir de 2 régions du mésoderme → croissant cardiaque → tube linéaire → se courbe
en S → coeur primitif → 4 chambres cardiaques avec septation et réorganisation des cellules
Tout ceci est ce qui se voit mais pas ce qui se passe !
=> On connaît les grandes étapes de la cardiogénèse mais on se pas encore tres bien comment elles se passent.
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L'ancien modele : Tous les composants du cœur derivent du croissant cardiaque.
Les cardiosensors, ou genes rapporteurs, ou marqueurs transgeniques permettent de suivre l'evolution au cours
du temps de differentes parties du cœur.
Dans les annees 90, des injections de colorants et de nucleotides radiomarques chez l'embryon de poulet ont
montre que les différents segments du tube linéaire donnaient ensuite naissance à différents segments du cœur.
Le probleme c'est que le developpement de la region de la voie efferente ne rentre pas completement dans ce
modele. Il y avait une controverse quant à l'origine de la voie efferente.
Le prof (il est chercheur) a découvert l'existence d'une contribution extra-cardiaque. Lors d'études sur des
animaux transgéniques, il a découvert qu'un embryon muté mlc1v-24 avait une voie efférente reliée au
mésoderme splanchnique : pourquoi ?
En injectant le colorant dans le mésoderme splanchnique on constate que 24h après il est au niveau de la voie
efférente. Celle ci n'est donc pas incluse dans le croissant cardiaque, elle provient d'autre chose :
Il existe un second champ cardiaque ou champ cardiaque antérieur (prouvé en 2001).
En même temps, dans des laboratoires américains, ces résultats sont confirmés : en injectant des colorants à
l'extérieur du coeur ils se trouvaient ensuite dans la voie efférente.
LA VOIE EFFERENTE N'EST PAS ISSUE DU TUBE PRIMITIF.
La voie efferente provient d'une region en dehors du tube cardiaque. Elle est connectee aux arteres et arcs
aortiques des arcs pharynges. Il y a une continuite parfaite entre le myocarde de la voie efferente et le
mesoderme splanchnique.
Ainsi, la voie efferente est faite de cellules qui proviennent du mesoderme splanchnique qui se situe sous le
croissant/tube cardiaque.
Ce mesoderme splanchnique, ou mesoderme pharynge se nomme aussi second champ cardiaque ou champ
cardiaque anterieur.
Nouveau modele propose à l'epoque :
Le cœur a deux origines distinctes, le croissant cardiaque (premier champ cardiaque) et le mesoderme
splanchnique (second champ cardiaque).
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SYSTÈME CARDIOVASCULAIRE – Embryologie cardiaque : principales étapes de la formation du cœur
Le prof a alors cherche à regarder l'identite du tube cardiaque pour confirmer ces nouvelles decouvertes. Il a
decoupe uniquement certaines parties du tube cardiaque qu'il a separement mises en culture. Ces cœurs ont ete
isoles à partir de souris transgeniques Mlc1v-24, Mlc3f-9 et Mlc3f-2. Lorsqu'on colore apres 48h de culture ces
explants, chaque partie du tube qu'il a decoupee est coloree de facon differente par les differents marqueurs et
donc possede une identite distincte des autres parties.
Apres avoir injecte du colorant au niveau du croissant cardiaque, le colorant se situe dans le VG à 24- 48 h de
culture. Ainsi, chez la souris, le tube cardiaque contient essentiellement du VG.
Ensuite le prof s'est interesse au mesoderme splanchnique qu'il a preleve chez des embryons à un stade precoce.
La premiere observation est que les cellules se contractent de maniere rythmique et automatique, elles sont
donc bien des cardiomyocytes. Leur identite est plutot de type voie efferente. Si ces explants sont issus
d'embryons encore plus precoces, on a une identite de type ventricule droit.
Ainsi, le ventricule droit et la voie efferente proviennent de ce mesoderme splanchnique situe sous le
croissant/tube cardiaque.
Grace 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 defauts : un seul ventricule, pas de voie efferente. Cela est dû à une anomalie du second champ
cardiaque.
Chez le poulet, si on fait des ablations du second champ cardiaque, la malformation observee est la tetralogie de
Fallot.
Le second champ cardiaque est donc tres important pour la cardiogenese.
En parallele de ces etudes, la technique particulière d'analyse clonale retrospective a été utilisée au
laboratoire. Celle-ci est basée essentiellement sur la duplication d'un marqueur qui code la beta-galactosidase.
On regarde la cellule mère et les cellules descendantes (les cellules d'une même couleur proviennent de la
même cellules mères a un stade si précoce car il y a absence de recombinaisons génétiques).
En regardant un millier de cœurs à E8,5 (embryon de 8,5 jr) on les a classés en différentes catégories par
rapport de la présence ou non de cellules bleues dans les différentes régions du cœur. C'est une analyse
retrospective car on observe à E8,5 un événement qui s'est en fait produit plus tôt.
De là est apparue la notion de 2 lignages distincts :
–
Le premier lignage (tube primitif) qui donne le croissant cardiaque et le VG
–
Le deuxième lignage (mésoderme splanchnique) qui donne naissance au VD, à la voie efférente et
aux oreillettes
Il y a donc deux progéniteurs (origine commune puis ségrégation en 2 voies distinctes au moment de la
gastrulation (stade ultra-précoce de l'embryogenèse)).
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SYSTÈME CARDIOVASCULAIRE – Embryologie cardiaque : principales étapes de la formation du cœur
Un modèle a été proposé en 2005 : avec le croissant cardiaque (rouge) et le second champ cardiaque (vert).
Le second champ cardiaque connecte le tube linéaire au pôle artériel en antérieur,
et en postérieur au plan veineux qui donnera les veines cardiaques, le nœud sinusal et les futures oreillettes.
Ce second champ cardiaque participe à la formation du cœur en additionnant des cellules dans ses deux
extrémités et permet au cœur de se développer, de grandir en même temps que l'embryon.
Il se développe par addition successive de cellules progénitrices provenant du mésoderme splanchnique.
Le gène islet-1 identifié en 2003 est un facteur de transcription qui est localisé dans le second champ cardiaque,
et MLC2 est un marqueur de différenciation exprimé uniquement dans les cardiomyocytes différenciés : ils ne
sont jamais co-exprimées par mêmes cellules.
Islet-1 marque le second champ cardiaque et MLC2 le croissant cardiaque.
En absence de islet-1 malformation : pas du tout de voie efférentes.
(Diapo 102 on voit bien qu'il n'y a pas co-expresssion.)
Ceci a confirmé la participation du second champ cardiaque a la formation de la voie efférente et des oreillettes.
Malformations cardiaques associées à une invalidation du second champ cardiaque
Expérience : ablation du second champ cardiaque chez le poulet peut conduire a de malformation comme la
T4F ou atrésie pulmonaire = Une anomalie du second champ cardiaque peut donc être a l'origine d'un
malformation de la région conotruncale.
Peut également être responsable d’anomalies du pôle veineux.
Récemment : Le mutant tbx1 est connu pour avoir une expression dans le 2 nd champ cardiaque et a aussi une
importance dans le syndrome de DiGeorge. Les souris délétées peuvent avoir des défauts du pôle veineux.
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Et chez l'homme ?
Dans la collection d'embryons atteints de cardiopathies à l'hopital Necker à Paris, on a retrouve des cœurs qui
presentaient des malformations de la voie efferente associee à des anomalies de la region du pole veineux, deux
regions auxquelles le second champ cardiaque contribue tres fortement.
D'où l'idee de l'origine de ces maladies dans le second champ cardiaque.
On a également fouillé dans les bases de données: des gènes probablement impliqué dans le 2 nd champ
cardiaque pourraient être à l'origine de ces malformations. Islet1 est aussi retrouvé dans des zones
splanchniques dans des embryons humains
En conclusion,
Le développement du coeur est très complexe, fait intervenir différents facteurs
Les anomalies de la région conotroncale peuvent être dues à une altération des CCN, du 2 nd champ
cardiaque ou des coussins endocardiques.
Une anomalie peut donc avoir plusieurs mécanismes, plusieurs gènes.
Par exemple, des anomalies de la voie efferentes peuvent être dues à des anomalies :
- des cellules de la crête neural donnant un défaut de septation
- du second champ cardiaque donnant un défaut dasns la formation du myocarde
- de l'endocarde donnant un défaut des coussins endocardiques.
Je suis désolée ce cours est affreux
Bravo si vous êtes arrivés jusqu'au bout
Merci GR pour ton soutien psychologique en cette après midi déprimante
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