Embryologie du système nerveux : induction neurale
Transformation neuroblastique de l'ectoderme

La deuxième composante de cellules épiblastiques qui migre le long de la ligne médiane, lors de la gastrulation, forme le mésoderme dorsal (chordal ou chordomésoderme) :

• une masse compacte - la plaque préchordale qui induit la formation du centre nerveux,
• un tube - le processus notochordal (prolongement céphalique) - qui se transformera en plaque notochordale, puis en notochorde.

Une troisième partie forme le mésenchyme céphalique qui produira les tissus conjonctifs faciaux (muscles compris).

Ces cellules mésoblastiques, situées sous l'épiblaste, induisent sa transformation neuroblastique (neurulation primaire).

Certains facteurs, appelés facteurs " dorsalisants ", diffusent à partir du mésoderme dorsal et sont appelés facteurs " dorsalisants ". D'autres sont dit " ventralisants ".

 

Cette induction est aussi différente selon l'axe antéro-postérieur du tube neural (polarité antéro-postérieure).

• Dans la partie la plus rostrale où la notochorde est absente, le développement du futur prosencéphale est induit par la plaque préchordale (facteurs de transcriptions Emx1 et 2, Lim et Otx1 et 2).
• Dans la partie moyenne, place du futur mésencéphale et du rhombencéphale ainsi que de la moelle épinière, c'est la notochorde et le mésoblaste paraxial (à l'origine des somites à partir de la 8^ème) qui se partagent les rôles.
• Au niveau caudal, où a lieu la neurulation secondaire, ce serait les FGFs (Fibroblast Growth factors), les gènes Hox, Cdx et l'acide rétinoïque (métabolite de la VitA) sont à l'oeuvre.
• L'organisateur isthmique, par les facteurs de croissance FGF (Fibroblast Growth factors), Wnt et engrailed induiraient le développement mésencéphalique et cérébelleux.

Neurulation primaire

L'induction neurale est différente selon l'axe antéro-postérieur du tube neural (polarité antéro-postérieure).

Notocorde

La notocorde sécrète de la follistatine, de la noggine et de la chordine qui diffusent le long de la ligne médiane embryonnaire.

Ces facteurs inhibent la BMP4 pour former du neuro-endoderme.

La BMP4 fait partie des bone morphogenic protein (BMPs), de la famille des TGF β.

C'est un facteur de croissance, exprimée au départ dans l'ectoderme et le mésoderme, puis qui se limite par la suite au niveau de la zone marginale ventro-latérale (répression de sa transcription par Xiro-1 de l'organisateur).

• La BMP4 se fixe sur l'ectoderme et active des gènes qui le transforme en épiderme : BMP4 peut se fixer sur ces propres récepteurs (voie autocrine) et l'ectoblaste se différencie en épithélium malpighien, futur épiderme.

Si l'ectoblaste primitif exprime la L-CAM et la N-CAM (protéines d'adhésion cellulaires - Cell Adhesion Molecules -), l'épiderme n'exprime plus par la suite que la L-CAM et le neuro-ectoblaste la N-CAM.

• Sur la ligne médiane, la noggine et la chordine se fixent sur le récepteur de BMP4, ce qui a pour conséquence d'inhiber la différenciation de l'ectoblaste en épiderme : celui-ci se transforme alors en épithélium prismatique pseudo stratifié, appelé neuro-ectoblaste (différenciation de l'ectoderme en plaque neurale).

La noggine et la chordine dorsalisent également les parties mésodermiques, qui migreraient ventralement, en se liant aux récepteurs BMP4 et BMP2 pour empêcher leurs liaisons avec leurs propres protéines.

• On a découvert fortuitement le rôle de follistatine dans la formation du neuro-ectoblaste, en l'étudiant comme inhibiteur de de l'activine (cf. plus bas) : lorsque le récepteur à l'activine est bloqué, l'ectoderme devient un tissu neural.

La neurulation se ferait donc par " défaut " : le sort " normal " d'une cellule ectodermique est de devenir un cellule neurale.

La BMP4 a des rôles complémentaires.

• Elle active d'autres gènes pour former des organes à partir du mésoderme, selon son gradient de concentration (effets inhibiteur de l'organisateur sur la production de BMP4 par le mésoblaste ventral et latéral).Par exemple, lors de fortes concentrations, on observe la production de cellules sanguines, à concentration faible, les muscles, eà concentration moyenne, les reins.
• La BMP4 joue également un rôle dans la laralité droite-gauche de l'embryon.

La notochorde, ainsi qu'une partie du le mésoblaste paraxial (à l'origine des somites à partir de la 8^ème), est impliqué dans la formation du mésencéphale ets du rhombencéphale.

Plaque préchordale et endomésoblaste

Dans la partie la plus rostrale où la notochorde est absente, le développement du futur prosencéphale est induit par la plaque préchordale - et l'endoderme pharyngé - (endomésoblaste).

Ces cellules induisent la formation des structures les plus antérieures de l'embryon en inhibant les Wnts, ainsi que la BMP4. Les différentes protéines sécrétées sont :

• Xwnt8 (X pour xénope) par le mésoderme de la zone marginale,
• Cerbère par les cellules endomésoblastiques pharyngées : cette dernière peut se lier au BMPs, aux Xwnt et aux Nodal pour bloquer,
• FRZB, forme soluble de Frizzled, par l'endomésoblaste du dessous de la tête, et Dickkopf : toutes deux se fixent sur les récepteurs Wnt pour les bloquer.

facteurs de transcriptions Emx1 et 2, Lim et Otx1 et 2).Emx (empty spiracle), Lim et Otx (orthodenticle).

Il existerait également un organisateur isthmique, par les facteurs de croissance FGF (Fibroblast Growth factors), Wnt et engrailed induiraient le développement mésencéphalique et cérébelleux.

Région caudale

Par contre, au niveau caudal, les concentrations de Wnt - en particulier Wnt3 - (comme celles de β-caténine) sont maximales alors qu'elles ont minimales au niveau antérieur.

D'autres protéines sont aussi à l'oeuvre :

• comme les FGFs (Fibroblast Growth factors), qui favorise le développement des structures antérieures,
• l'acide rétinoïque (métabolite de la VitA) qui favorise les développements des régions troncales et caudales par rapport aux régions céphaliques , lui aussi par un gradient de concentration.

Cette région caudale est à l'origine de la moelle épinière, de la région dorsale du tronc et de la queue.

les gènes Hox, Cdx

Une fois inhibé l'épiderme, l'ectoderme se transforme en tissu neural en exprimant de nombreux gènes :

• les neurogénines qui sont des facteur de transcription pour d'autres gènes,
• Xbf2 induit par Noggin et Cerbère.

Neurulation secondaire

La neurulation secondaire concerne uniquement le développement de la partie terminale de la moelle épinière à la hauteur du 31^ème somite (4^ème-7^ème semaine) chez l'homme.

La ligne primitive régresse en direction caudale pour disparaître, vers un mois, en laissant un bourgeon mésoblastique : le bourgeon caudal ou éminence caudale (devenir de la ligne primitive). Il est à l'origine :

• de la partie la plus caudale du tube neural : il formera un tube (par creusement) qui s'unit à la partie postérieure du tube neural et se revêtira d'un neuroépithélium,
• des structures mésodermiques postérieures : somites adjacents à la notochorde, vertèbres sacrées et coccygiennes, intestin postérieur.

Gradients de l'induction neurale

L’induction neurale se fait selon 2 gradients :

• un gradient céphalo-caudal,
• un gradient dorso-ventral.

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