tube neural I
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Développement embryonnaire et post natal du cerveau JP Hugnot 2009 L2 Licence de Psychologie 1-Formation du tube neural et des crêtes neurales. Segmentation 2-Formation des différents types cellulaires 3- Migration et cellulaire et Croissance axonale 4- Synaptogénèse-Mort des neurones 5- Myélinisation 6-Circuits « précablés » et périodes critiques 7-Développement adulte 1-Formation du tube neural et des crêtes neurales a) stade deux cellules; b) stade quatre cellules; c) stade huit cellules; d) et e) stade morula. La gastrulation "It is not birth, marriage, or death, but gastrulation, which is truly the most important time in your life." Lewis Wolpert (1986) tiré du site « le cerveau à tous les niveaux » Similitude du développement Le développement embryonnaire peu entre vertébrés précoce entre lesvarieespèces de vertébrés Formation du tube: La Neurulation E18 plaque neurale E20 gouttière neurale E22 tube neural I Fermeture neuropores Migration latérale des crêtes neurales Invagination plaque neurale Epaississement des bords Epaississement neurectoderme Allongement plaque neurale E24 tube neural II Fermeture gouttière neurale : progression rostro caudale Tube neural isolé 22-23 jours (neuropores ouverts) 26-27 jours: fermeture neuropore caudal 24-25 jours: fermeture neuropore rostral Défauts de fermeture du tube neural Défaut de fermeture du neuropore antérieur: l’anencephalie Défaut de fermeture du neuropore postérieur: la spina bifida (un cas sur 1000 naissances environ), malformation des vertèbres du bas du dos qui expose souvent la moelle épinière, la rendant vulnérable aux lésions et causant souvent un usage restreint des membres inférieurs. Au début de la 4e semaine, le tube neural s’incurve et se subdivise en trois renflements les vésicules primaires (ou primitives). 2 courbures : courbure cervicale et courbure céphalique Tube neural à 5 vésicules Segmentation du tube neural Embryon humain 35 days Le développement de l’encéphale humain • 50 jours – Cerveau distinct • 100 jours – Forme humaine • 7 mois – Premiers circonvolutions • 9 mois – Anatomie externe comme l’adulte – Différence dans les organisations cellulaires La production de nouveaux neurones est presque arrêtée au 4eme mois fœtal Migration démarre à 6 semaines Les crêtes neurales Partie du Système nerveux autonome (ganglions sympathiques, cellules de Schawnn) Crêtes Neurales Système nerveux périphérique sensitif Os et cartilage du crane Mélanocytes 2-Formation de la diversité cellulaire au cours du développement Notion de lignage cellulaire Concept de cellule souche le Système Hématopoïétique Formation des différents types cellulaires dans le système nerveux ZONE VENTRICULAIRE MULTIPLICATION DES CELLULES SOUCHES Neurones Astrocytes Oligodendrocytes Vaisseau sanguin Figure 2 : Représentation schématique de la composition cellulaire du SNC Les deux grands types de cellules neuronales du SNC sont les neurones et les cellules gliales, qui se subdivisent en deux grandes populations: i) les astrocytes, qui jouent un rôle structural et font la liaison entre les vaisseaux sanguins d’un côté et les synapses et les noeuds de Ranvier de l’autre, assurant ainsi un rôle métabolique (échanges gazeux et nutritifs, dégradation des neurotransmetteurs); ii) les oligodendrocytes qui synthétisent la gaine de myéline autour des axones assurant ainsi une meilleure conduction de l’influx nerveux (d’après Beth Stevens, 2002). Le lignage neural Multiplication des Cellules souches neurales Cellules Gliales Radiales Neuroblastes ou NPC (neuronal progenitor cells) NEUROGENESE 1ere-4eme mois chez l’humain Neurones GLIOGENESE Oligodendrocytes Astrocytes Différentes phases de production des cellules dans le système nerveux Jours de développement chez la souris Naissance Les premiers neurones se forment à la fin de la 4ème semaine. Dès le 33ème jour, on constate un développement différencié de la moelle épinière et du cerveau. Entre le 2ème et le 5ème mois, la formation des neurones atteint son maximum; elle s’achève quelques mois après la naissance. 3- Migration et cellulaire Cortex adulte :6 couches de neurones Neurone en migration Cellule gliale radiale Zone ventriculaire Neurones Cellule gliale radiale Nature Neuroscience 7, 136 - 144 (2004) Les cellules gliales radiales donnent directement des neurones (en rouge) 3- Croissance axonale: recherche de partenaires Comment les neurones trouvent leur cible ? Le cône de croissance permet la pousse des axones, il est sensible à l’environnement Les cellules cibles relarguent des composés chimiques et créent ainsi un gradient chimique autour d’elles. Les cônes de croissance s’orientent et suivent ce gradient Exemple d’un ganglion sensoriel et de sa cible 4- Synaptogénèse & Mort Neuronale Synaptogénèse Mort Neuronale Mort Neuronale •40 à 75 % de tous les neurones ne survivront pas !!! •Ils ne parviennent pas à former des synapses optimales. Synaptogénèse dans le cerveau • La plus grande partie de la synaptogénèse a lieu durant la période post natale • 83% de la croissance dendritique (connections entre synapses) a lieu après la naissance • la stabilisation sélective des synapses: seules seront conservées les connexions synaptiques intégrées dans un circuit neuronal fonctionnel. (Changeux et Danchin, 1976) Formation des Connexions puis élimination Coupes de cerveau à différents ages L’expérience post natale a une influence importante sur la maintenance des synapses Neuron on right from animal in stimulating environment = more branches 5-Myelinisation: essentiellement post natale Myelinisation Image de fiber tracking Un cerveau humain a 20 ans contient 176 000 km de fibres myélinisées (149 000 km chez la femme) Faisceaux d’association Courtes: gyrus adjacents fibres arquées courtes ou fibres en U Longues: inter lobes fibres arquées courtes faisceau longitudinal supérieur associe lobe frontal, pariétal, occipital puis temporal inferieur faisceau longitudinal inférieur réunit les lobes temporal et occipital. Les durées de myélinisation du cerveau sont différentes d’une aire à une autre. La myelinisation du cortex préfrontal est plus tardive Substance Blanche et Vieillissement Lors du vieillissement du cerveau, la perte neuronale est faible (10%) ● Par contre la diminution de la substance blanche est importante: plus de 20% en volume associée à une perte du nombre de fibres myélinisées ● Homme: 176 000 km à 20 ans, 97 200 à 80 ans: 45% de perte Singe de 7 ans Singe de 30 ans J Comp Neurol, 2003, 462, 139-143 Figure 2. Representative T2-weighted scans from two rhesus monkeys taken at the level of the temporal pole. A: A young monkey (7 years old). B: An elderly monkey (30 years old). Note the enlargement of the ventricles and the sulci in B (arrows). Quantitative analysis of segmented images from young and old monkeys indicates that this gyral atrophy results from a decrease in white matter volume with a compensatory increase in ventricular volume. Encore un peu de développement post natal, l’adolescence Travaux de Jay Giedd • A 6 ans, le cerveau a atteint 95% de son volume, • la matière grise (qql millimetre) continue de s’épaissir jusqu’à la puberté puis « élagage massif », amincissement de la matière grise, différentielle selon les aires • Théorie du « use it or lose it » des synapses et des neurones sculpture du cerveau par élimination Réduction de la substance grise post natale: entre 12 et 20 grande réduction de la substance grise frontale Elimination des connexions et des neurones dans la partie frontale entre 11 et 20 ans Principe du Use it or Lose it 6-Circuits « précablés » • Mémoire Phylogénétique Comportements innés: recherche de nourriture, combat, accouplement, locomotion Circuits préétablis Nikos Tinberger Périodes critiques Les circuits nerveux de notre cerveau sont à la fois déterminés par des instructions génétiques et à la fois par les expériences issues de notre environnement. L’influence de l’environnement sur notre cerveau varie cependant en importance selon notre âge. Notre environnement a beaucoup plus d’impact sur le système nerveux d’un nouveau né que sur celui d’un adulte. Dans certaines périodes précoces de la vie, les voies neuronales sont en effet très sensibles aux influences de l’environnement. les périodes critiques désignent l’intervalle de temps durant lequel un véritable remodelage des voies cérébrales est possible. Empreinte chez les oiseaux: premier exemple de période critique à avoir été étudié par l’un des pères de l’éthologie, Konrad Lorenz. Juste après la naissance, les oisillons de l’oie cendrée s’attachent rapidement au premier gros objet qui bouge devant eux, la plupart du temps leur mère. cet attachement peut se transférer à tout objet en mouvement de taille suffisante, les bottes de caoutchouc de Lorenz ! Evolution du système nerveux Les Cnidaires (coraux, hydres, anemones, méduse), Hydre Les Arthropodes Taille des hémisphères / bulbes olfactifs Lamproie Roussette Truite Morue Grenouille Lézard Boa Tortue Rat Homme Chien Apparition du néocortex Reptiles Reptiles mammalien hypothetique Mammifère peu évolué 6 couches de cellules Cortex piriforme Lissenphalie / Gyrencephalie Loup Chat Lapin les régions qui ont le plus augmenté de taille chez notre espèce se situent au niveau du néocortex, et plus particulièrement au niveau du cortex préfrontal. Le grand front droit caractéristique des humains qui fait disparaître les arcades sourcilières proéminentes de nos ancêtres est dû à l’expansion du cortex chez notre espèce, et en particulier du cortex préfrontal. 1 Australopithecus robustus ; 2 Homo habilis ; 3 Homo erectus ; 4 Homo sapiens neanderthalensis ; 5 Homo sapiens sapiens. tiré du site « le cerveau à tous les niveaux » Hétérochronie et Développment du cerveau L’hétérochronie est la modification de la durée et de la vitesse du développement de l’organisme au cours de l’évolution. La croissance post natale du cerveau humain est responsible de sa taille importante 800 cm3 en plus (en trop ?) Développement et Plasticité du système nerveux adulte Le cerveau est il un organe en perpétuel développement ? Quelques exemples Plasticité des aires •Aire visuelle des aveugles aire tactile ou auditive •Modification du cortex somesthésique sous l’effet de l’apprentissage Elargissement de la représentation du doigt lecteur chez les aveugles et chez le singe Effet d’un apprentissage sur la structure du cortex (substance grise) Nature, 2004, 427, 311 Scan 1: avant apprentissage Scan 2: après apprentissage (3 mois) Scan 3: 3 mois après arrêt total de l’apprentissage Augmentation du volume et de la densité de matière grise dans l’aire de Broca dans les musiciens d’orchestre symphonique Sluming et al, Neuroimage, 2002) Variation de la taille de l’hippocampe chez les chauffeurs de taxi Londonien Hemisphere gauche Hemisphere droit Augmentation de la taille de la partie postérieure de l’hippocampe chez les chauffeurs Variation réversible du volume cérébral chez les sujets alcooliques Cellules souches neurales dans le système nerveux central adulte We are born with a certain number of brain cells which decrease with age. Everything must die in the brain or spinal cord nothing can regenerate. Cajal 1902 Le CNS adulte contient un pool de cellules souches neurales dans les régions neurogeniques et non neurogéniques Canal de l’épendyme Zone Sous ventriculaire Hippocampus Substance blanche sous corticale Développement adulte Neurogénèse dans l’hippocampe 9,000 nouvelles cellules chaque jour, soit 250,000 par mois
