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Formation des circuits neuraux. "Each word, each meaning, each motor movement, each thought, each response has to be embodied in some state in the brain" David Sulzer. 100 billions de neurones. 150 trillions de synapses dans le neocortex. Formation des circuits neuraux. I. Migration.
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Formation des circuits neuraux "Each word, each meaning, each motor movement, each thought, each response has to be embodied in some state in the brain" David Sulzer
100 billions de neurones 150 trillions de synapses dans le neocortex Formation des circuits neuraux I. Migration II. Croissance axonale III. Synaptogenèse IV. Facteurs trophiques et activité
I. Migration neuronale Développment 1. Migration des cellules crêtes 2. Migration radiale dans le cortex 3. Migration tangentielle Adulte 1. Migration tangentielle (migration en chaînes) 2. Migration radiale
1. Migration des cellules crêtes voie 1: ganglions spinaux voie 2: ganglions sympathiques voie 3: cellules sécrétrices du rein voie 4: cellules des tissus non nerveux Schéma d’une coupe transversale d’un embryon de mammifère. Les crêtes neurales s’individualisent et suivent quatre voies de migration différentes conduisant à la différenciation de structures et de types cellulaires distincts. Chaque voie offre des possibilités d’interaction avec différentes sortes d’environnements cellulaires dont les cellules migrantes reçoivent des signaux inducteurs.
1. Migration des cellules crêtes Neural crest cells leave from near the midbrain (m), midbrain/hindbrain boundary (m/h) and rostral rhombomeres (r1 and r2) and spread out to cover a wide region adjacent to the neural tube. Duration: 7 hrs. Time interval between images: 3 min Neural crest cells from r3, r4 and r5 contribute to the stream exiting adjacent to r4. Duration: 3 hrsTime interval between images: 3 min D’après Kulesa and Fraser., 2000
1. Migration des cellules crêtes Signaux cellulaires au cours de la migration des cellules des crêtes neurales. La mise en place de chaque type de précurseur est fondée sur des signaux fournis par une hormone appartenant à un groupe de plusieurs hormones peptidiques spécifiques. La rencontre éventuelle de tel ou tel signal dépend de la voie de migration.
1. Migration des cellules crêtes D’après Perris et Perissinoto., 2000
1. Migration des cellules crêtes D’après Perris et Perissinoto., 2000
2. Migration radiale dans le cortex • Migration rapide vers ZSV (initial radial migration) • Arrêt de la migration (24 heures) (SVZ arrest) • Migration vers ZV (retrograde migration) • Inversion des prolongements et migration finale vers • la surface externe (secondary radial migration) D’après Noctor et al., 2004
Naissance des neurones corticaux au cours de la gestation du singe. D’après Rakic, 1974 2. Migration radiale dans le cortex D’après Noctor et al., 2004
3. Migration tangentiel D’après Tanaka et al., 2006 La migration tangentielle des cellules du cortex dorsal de souris E13.5. 105 minutes avec 5 minutes de intervalle.
3. Migration tangentiel D’après Wonders and Anderson., 2006
? 3. Migration tangentiel D’après Wichterle et al., 2003
? 3. Migration tangentiel D’après Wichterle et al., 2003
Migration dans le cerveau adulte Migration tangentielle (PSA-NCAM) (intégrines) (DCC-Nétrin1) (slit) Migration radiale (TN-R) (reelin)
Migration radiale EPL MCL GCL RMS-ZSE D’après Carleton et al., 2003
I. Migration neuronale Résumé • Les cellules migrent en utilisant un substrat physique (migration radiale dans le néocortex; migration tangentielle dans le cerveau adulte) • Les cellules sont guidées grâce à des signaux chimiques extracellulaires • (chimiorépulsion, chimioattraction; chimiopermission)
II. Croissance axonale The Journal of Cell Biology, 2002, 157 (5)
II. Croissance axonale • Structure de base du cône de croissance. • Cône de croissance d’un neurone de ganglion sensitif en culture, marque pour l’actine (en rouge) et la tubuline • (en vert). (B) Distribution et dynamiques des éléments du cytosquelette dans le cône de croissance. L’actine • globulaire (actine G) peut être incorporée a l’actine filamenteuse (actine F) (polymérisation) a l’extrémité antérieure • du filopode en réponse a des signaux attractifs. Des signaux répulsifs sous-tendent le démantèlement de l’actine F • (depolymérisation) et le flux rétrograde d’actine G vers lamellipode. Des microtubules organises forment le cœurs du • cytosquelette axonal. D’après Kolodkin et al., 2003 B A
II. Croissance axonale Dynamique de l’actine dans le cône de croissance. Flux rétrograde d’actine dans le cône de croissance en condition contrôle et après d’inhibition de la myosine II. 3 minutes. D’après Medeiros et al., 2006
II. Croissance axonale • Les familles de ligand et de récepteurs. • Les molécules de la matrice extracellulaire (MMEC) servent de ligands pour de nombreux récepteurs integrines. • Des molécules d’adhérence cellulaire (CAM) indépendant du Ca2+ et homophiles sont a la fois des ligands et • récepteurs. (C) Les molécules d’adhérence cellulaire (CAM) dépendent du Ca2+ ou cadhérines peuvent aussi se lier • de façon homophile. (D) Les netrines et les slits, famille de signaux secrètes attractifs ou répulsifs exercent leur action • par l’intermédiaire de deux récepteurs distincts: Robo pour slits et DCC (deleted in colorectal cancer) pour netrines. • (E) Les semaphorines sont principalement des signaux répulsifs qui peuvent être soit secrètes, soit attaches a la • surface cellulaire. (F) les ephrines, qui peuvent être transmembranaires ou attachées a la membrane, opèrent leur • signalisation par l’intermédiaire de récepteurs a activité tyrosine kinase, les récepteurs Eph.
II. Croissance axonale Les sémaphorines favorisent la rétraction du cône de croissance En présence de NGF des explants en culture de ganglions spinaux de Poulet émettent des halos de neurites. La coculture d’un ganglion avec Des cellules qui expriment Sema3 produit une croissance asymétrique Des neurites sous l’effet d’une chimiorépulsion.
II. Croissance axonale D’après Robles et Gomez, 2006
II. Croissance axonale D’après Butler Exemple des axones commissuraux D’après Plachez et Richards,, 2005
II. Croissance axonale Exemple des axones commissuraux
II. Croissance axonale • Mécanismes des représen- • tations topographique dans • le système visuel. • Les axons issus de la • rétine postérieure projettent • sur la partie antérieure du • tectum et les axones de la • rétine antérieure sur la • partie postérieure. Si l’on • Sectionne le nerf optique, • les axones régénèrent avec • la spécificté appropriée. (B) • Si, après section du nerf • optique, on fait subir aux yeux • une rotation, les axones • régénèrent néanmoins en • direction de leur emplacement • originel. Le comportement de • la grenouille démontre que la • carte topographique du tectum • n’est pas modifiée: si l’on • présente une mouche en haut, la grenouille essaie de l’attraper en bas. (C) Test in vitro des molécules de surface contribuent à la spécificité topo- graphique du tectum. Des bandes alternées des régions antérieure (A) ou postérieure (P) du tectum sont disposées sur une lamelle de verre. On place ensuite des explants de rétine prélèves soit du côte nasal, soit du côte tempo- ral. Les fibres d’origine temporale préfèrent croître sur les membranes antérieure. (D) Les gradients complémentaires de l’expression des récepteurs Eph (dans les neurones afférentes) et des éphrines (dans les cellules cibles) produis- ent des affinités différentielles et des projection topographiquement organisées. Cartes topographiques
II. Croissance axonale Résumé
Evénement synaptogénique précoce (contacte axo-dendritique des filopodes) facteurs trophiques, neurotransmetteurs, Wnt, agrine, facteurs gliaux (cholestérol) Stabilisation des contactes par CAM Cadherins, neuroxin-neuroligins, ephrins, SynCAM Formation des zones actives et recrutement des récepteurs Protéines avec les domaines PDZ Maturation, stabilisation/élimination de synapses Mouvements des récepteurs, plasticité III. Synaptogenèse D’après Goda et Davis, 2003
III. Synaptogenèse D’après Ranscht, 2000
III. Synaptogenèse Domaines PDZ (PSD95, DlgA, Zo-1) D’après Kim et Cheng, 2004
III. Synaptogenèse D’après Klintsova
III. Synaptogenèse Mouvements, à la surface de neurites de cellules hippocampales, de deux GluR2 liés à des billes de latex de 0.5 µm de diamètre. D’après Borgdorff et Choquet, 2002
III. Synaptogenèse synapse inhibitrice / synapse excitatrice D’après Cline, 2005
III. Synaptogenèse Compétition synaptique • Effet de l’ablation ou de l’augmentation des cibles des nerfs sur la survie des neurones concernes. • L’amputation du bourgeon d’un membre d’embryon de poulet au stade de développement réduit fortement la • taille du groupe de motoneurones qui aurait innerve l’extrémité manquante. (B) Les motoneurones de la corne • ventrale qui auraient innervé le membre postérieur dégénèrent presque complètement après amputation de • bourgeon. (C) La greffe d’un bourgeon de membre supplémentaire avant la période normale de mort cellulaire • préservent les neurones qui seraient mort dans les conditions normales. (D) Cette adjonction entraîne un nombre • anormalement élevé de motoneurones du cote où a été place le greffon.
III. Synaptogenèse Compétition synaptique
III. Synaptogenèse Compétition synaptique • Élimination de synapses aux jonctions neuromusculaire. • Jonctions neuromusculaire (flèches) d’un fœtus de souris. Les terminaisons rouges et vertes sont des • synapses formées par deux axones différentes. (B) Jonction neuromusculaire au stade de compétition avancé où • l’une des deux afférences synaptiques est à la veille d’être éliminée (flèche blanche). (C) Cette photo illustre • l’issue de la compétition synaptique, juste après que l’axone perdant (vert) s’est retiré, laissant l’axone rouge et • sa terminaison. Noter le bulbe de rétraction a l’extrémité (flèche) de l’axone perdant (verte) et l’épaisseur plus • importante de l’axone gagnant (rouge). D’après Lichtman.
