Chapitre 1 - Psychobiologie-Rouen

Développement et Plasticité du Système Nerveux
Licence de Psychologie
UE Libre 2ème année – S3UE4
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Important : Ce document est destiné aux étudiants en Psychologie qui
suivent l’unité d’enseignement libre S46 UE5 à l’Université de Rouen. Il
sert de support illustré au cours de V. Roy mais ne dispense en aucun
cas de la présence aux enseignements.
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vous trouverez également des annales des examens ainsi que des
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Principal des Sciences 5ème étage
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Development of the Nervous System : Sanes, D.H. ; Reh, T.A. ;
Harris, W. A. (2nd édition, 2006), Editions Elsevier
Neurosciences : Purves, D. ; Augustine G.J., 2e éd., Editeur : De
Boeck (2003).
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Psychobiologie : Rosenzweig, Mark R. ; Leiman, Arnold L. ;
Breedlove, S. Marc, Editeur : De Boeck université (1998)
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BU Sciences Mont-Saint-Aignan Salle Fresnel CD 612.8 NEU
BU Lettres Salle de lecture 159.9 ROS
BU Sciences Mont-Saint-Aignan Salle Fresnel 612.821 ROS
Cerveau et comportement : Kolb, B. & Whishaw, I., Editeur : De
Boeck (2002), 1ère Edition
Psychophysiologie (Tome 1) : Caston, J, Editeur : Ellipses
(1993)BU Sciences Mont-Saint-Aignan Salle Fresnel 612.8 CAS
CHAPITRE 1 : Les débuts du développement cérébral
●
Environ 100 milliards de Neurones dans un cerveau humain adulte.
●
200 à 300 milliards de cellules gliales
●
Jusqu'à 1000 / 10 000 connexions par neurone
●
100 billions de synapses dans le cerveau (1014)
●
250 000 neurones / minutes à l'apogée du développement cérébral
●
Le cerveau est certainement l'objet le plus complexe de l'univers...
1.1 Les grandes phases du développement cérébral
●
6 phases
●
Neurogénèse
●
Migration cellulaire
●
Différenciation
●
Synaptogénèse
●
Mort neuronale
●
Réarrangement synaptique
●
Le timing de ces différents processus n'est pas linéaire et se
poursuit bien après la naissance pour certaines phases
Evolution du nombre de synapses au cours de la vie
Évolution de la densité synaptique avec l'âge
●
Le développement de l’organisme et particulièrement
du cerveau dépend de la réalisation d’un programme
génétique, en interaction avec des facteurs de
l’environnement
–
Environnement utérin
–
Environnement cellulaire
–
Monde extérieur
Terminologie
●
Embryon :
Jusqu’à 8 semaines après la fécondation
Jusqu’à 10 semaines après l’aménorrhée
●
Fœtus :
A partir de 9 semaines après la fécondation
A partir de 11 semaines après l’aménorrhée
●
Stade Carnegie n°23 - 56ème Jour
Taille de l’embryon = 23 / 32 mm
1.2 Formation initiale du SN
Spermatozoïde (n = 23 chr.) + Ovule (n = 23 chr.)
▼
1 cellule œuf (2n = 46 chromosomes)
ZYGOTE
▼
Puis divisions par mitoses
1 cellule mère donne 2 cellules filles identiques
du point de vue génétique
Cellule oeuf
1ère division par mitose à 12h
3ème jour = Stade Blastula (Blastocyte)
1.2.1 Processus de Gastrulation : Mouvements
morphogénétiques (invagination) des cellules et des
tissus afin de former un embryon avec des « feuillets »
distincts
1.2.1 La Gastrulation
●
●
Formation d’un embryon à trois feuillets :
–
Feuillet externe = ectoderme
–
Feuillet intermédiaire = mésoderme
–
Feuillet interne = endoderme
Ce stade est atteint à l’âge d’1 semaine pour un
embryon humain
Résumé des stades d'évolution
1.2.1 La Gastrulation
●
●
La gastrulation permet de déterminer un axe antéropostérieur
Elle permet aussi la formation de la corde dorsale
(ébauche de la future moelle épinière)
1.2.2 La Neurulation
Stade de formation du futur système nerveux (18ème jour)
On observera :
●
Formation du tube neural (ébauche du SN)
●
Mouvements morphogénétiques
●
Activité mitotique intense
●
Début de différenciation de certaines cellules nerveuses
●
●
●
Le tissu à l’origine du SN est l’ectoderme
Il se différencie en Neuroectoderme sous l’influence de la
chorde qui libère des signaux inducteurs (molécules)
Les cellules de l’ectoderme deviennent des cellules précurseurs
neurales (ce ne sont pas encore des neurones)
Neurulation : 20ème jour
●
●
Epaississement de l’ectoderme en position centrale (au dessus
de la corde) qui permet la formation de la plaque neurale
Mouvements morphogénétiques : les rebords de la plaque
(crêtes neurales) et le fond (plancher neural) forment la
gouttière neurale
Neurulation : 20ème jour
●
Apparition d’une polarité en fonction de la proximité ou non des
cellules ectodermiques vis-à-vis de la chorde
–
Evolutions différentes pour les régions proches et celles
éloignées
–
Production de leurs propres facteurs d’induction
-
-
+
Neurulation : 22ème jour
●
Les crêtes neurales se rejoignent : Apparition du Tube Neural
●
A l’avant l’ectoderme se développe en Plis Neuraux
●
Le Tube Neural permettra la formation de la moelle épinière et
les Plis Neuraux du cerveau
Neurulation : 24ème jour
●
Poursuite du développement : mouvements morphogénétiques,
mitoses et différenciation des cellules précurseurs neurales
sous l’influence de facteurs d’induction
Neurulation : 24ème jour
●
●
Selon leur éloignement vis à vis de la chorde les cellules auront
un devenir particulier.
De plus les cellules auront un devenir spécifique selon
l'emplacement de migration (cf. induction neurogène)
1.3 Formation des grandes parties de l’encéphale
●
Morphogenèse et apparition de différentes régions
dans le Système Nerveux
–
Prosencéphale
–
Mésencéphale
–
Rhombencéphale
–
Environ 28 jours
–
La lumière du tube neural est conservée et permettra la
formation des ventricules cérébraux
1.3 Formation des grandes parties de l’encéphale
●
Télencéphale
●
Diencéphale
●
Mésencéphale
●
Métencéphale
●
Myélencéphale
●
Environ 44 jours
Système nerveux complet : 56 jours environ
Embryologie comparée
1.4 L'induction neurogène
●
●
●
●
Transformation des cellules de l’ectoderme en cellules
précurseurs neurales, puis des cellules précurseurs neurales en
neurones, sous l’influence de molécules appelés des facteurs
d’induction.
Ces facteurs d’induction sont fabriqués
par des cellules, par exemple celles de la
chorde dorsale, à partir d'un programme
génétique.
Les facteurs d'induction sont ensuite capables de moduler
l’expression du programme génétique d'autres cellules dont ils
vont orienter le développement.
Ces cellules pourront à leur tour produire des facteurs
d'induction.
1.4 L'induction neurogène
CELLULE de
l'ectoderme
NOYAU
CELLULE
Récepteurs
membranaires
ADN : programme
génétique
(ex: chorde dorsale)
Induction Neurogène
Modification de l'expression
génétique de la cellule.
Facteur
d'induction
Signal d'Induction
Neurogène
Production de protéines
nécessaires à la transformation de
la cellule ectodermique en
précurseur neural
Facteur
d'induction
Production de molécules servant de
signaux d'induction à d'autres cellules
Fabrication
ADN
●
●
●
Il existe un très grand nombre de facteurs d’induction.
–
Facteur de transcription (TF)
–
Facteur de croissance des fibroblastes (FGF)
–
Facteur de croissance transformant (TGF)
Leur production est initiée au niveau de la corde puis ensuite
dans de très nombreuses structures (influence spatiale)
Apparitions différentes au cours du temps (influence temporelle)
1.4 L'induction neurogène
●
●
L’induction neurogène peut se faire spatialement (en fonction
des localisations où s’expriment les facteurs d’induction) mais
aussi de façon temporelle (en fonction de la période à laquelle
ils s'expriment au cours du développement).
Cela donne lieu à des cascades génétiques très complexes.
Gène 1
Gène 2
Gène 4
Gène 7
Gène 3
Gène 5
Gène 8
Gène 6
●
Les gènes Homéobox (drosophile) ou Hox (homme) permettent
la « segmentation » de l’organisme au cours du développement
–
●
Neuromères (unités de développement)
Chaque neuromère pourra
ensuite évoluer avec ses
propres caractéristiques
Complexité du développement cérébral
► Possibilité de Malformations congénitales
●
Causes environnementales
–
●
Agents tératogènes, qui se substituent à un facteur d’induction
●
Acide rétinoïque (dérivé de la vitamine A)
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Alcool (rtsp://wwwvideo.univ-rouen.fr/sav/gonzalez.rm)
●
Acide valproïque (anti-épileptique)
●
Thalidomide (sédatif / antiémétique)
Causes génétiques
–
Tout type d’anomalie génétique qui perturbe l’expression d’un gène
●
Délétion
●
Réplication
●
Trisomie
CELLULE de
l'ectoderme
SYSTEME SANGUIN
Substances toxiques
(Alcool, Nicotine...)
NOYAU
Perturbation
de l'induction
neurogène
ADN : programme
génétique
CELLULE
Récepteurs
membranaires
Induction Neurogène
(ex: chorde dorsale)
Facteur
d'induction
Fabrication
ADN
Mutation
Génétique
Production de protéines
nécessaires à la transformation de
la cellule ectodermique en
précurseur neural
Facteur
d'induction
Développement Altéré !
Production de molécules servant de
signaux d'induction à d'autres cellules
Spina Bifida
–
Défaut de fermeture du tube neural
●
●
●
●
–
Paralysie variable
Troubles sensitifs
Incontinence
Éventuellement retard mental
Causes génétiques et / ou environnementales
Spina Bifida : implication des gènes de développement PAX
Anencéphalie
–
Défaut de fermeture du tube neural dans sa partie antérieure
●
●
–
Absence partielle ou total d’encéphale
Prosencéphale absent
Causes génétiques et / ou environnementales
Hydrocéphalie
–
Lumière du tube neural rétrécie, taille des ventricules
augmentée, compression du cortex
–
Causes génétiques : Lié au chromosome X
Syndrome de Wardenburg
●
●
●
–
Surdité
Spina Bifida
Anomalie cranio-faciales
Causes génétiques : Lié à une mutation du gène PAX3
(certain facteur de transcription ne sont pas produits)
Aniridie
●
●
–
Absence d’iris
Retard mental léger
Causes génétiques : Liée à une mutation du gène PAX6
Syndrome d'alcoolisation fœtale (SAF)
rtsp://wwwvideo.univ-rouen.fr/sav/gonzalez.rm
Control
Alcool
O’Leary-Moore et al. Research & Health, in press
Dysmorphie crânio-faciale
● Retard de croissance
● Malformations congénitales
● Atteintes neurocomportementales
● Troubles moteurs
● Troubles des apprentissages
● Troubles de l'attention / hyperactivité
●
Suite de l'induction neurogène
●
●
●
50ème jours : l’activité mitotique se
poursuit
Précurseurs neuraux au niveau de
la zone ventriculaire (zone qui
entoure la lumière du tube neurale)
250 000 nouveaux neurones / min
●
Divisions standard et divisions asymétriques : un premier pas vers la
différenciation neuronale
Précurseur
Neural
Précurseur
Neural
●
●
Précurseur
Neural
Précurseur
Neural
Précurseur
Neural
Neuroblaste
ou
Glioblaste
Un Neuroblaste ou un Glioblaste issu d’une division asymétrique ne
pourra plus se diviser (en principe…)
Par contre il va pouvoir migrer (1.5) puis se différencier (1.6)
1.5 La migration des Neurones
●
La migration des neuroblastes commence peu après la
neurogénèse et coïncide avec la différenciation neuronale
●
●
La migration des neurones se fait sur de courtes (quelques
mm) ou de très longues distances (plusieurs cm)
Avec la distance le nombre de milieux embryonnaires à
traverser augmente considérablement
–
Glie Radiale
●
–
Régions cérébrales structurées
en couches
Matrice Extracellulaire
●
Futures régions du SNP
Migration sur Glie Radiaire
Développement normal et pathologique de la structure en couche
de la rétine (alternance de couches neuronales ou dendritiques).
●
●
●
A : Aspect normal
B : Délétion au niveau du gène cyclineD1 qui contrôle (en
partie) la prolifération cellulaire
C : Délétion du gène p27Kip qui sert de régulateur négatif à la
prolifération
Souris Reeler : Défaut de migration des cellules corticales au cours
du développement
●
Déplacement d’un neurone
sur la glie radiale par des
modifications de la forme
de son corps cellulaire et de
ses prolongements
L’injection de Thymidine radioactive * permet de repérer l’âge des
couches cellulaires (la Thymidine est « absorbée » par les précurseurs
neuraux pour fabriquer de l’ADN avant une nouvelle mitose).
1.6 Différenciation neuronale
●
●
Grande diversité de neurones et de cellules gliales
La division asymétrique est liée à un facteur
transformant :
–
basic Fibroblast Growth Factor (bFGF)
Hypothèse du lignage
cellulaire
Hypothèse des interactions
cellulaires
Différenciation de cellules
précurseurs en fonction du /
des facteurs d’induction
auquel(s) elles sont exposées.