Les neurones, comme les autres cellules, migrent schématiquement selon trois étapes :
1. Une extension de la « leading edge ». Cette étape est précédée par la formation de lamellipodes et de filopodes qui explorent le microenvironnement.
2. La migration cellulaire nécessite une migration du noyau le long de l’axe de migration. Cette étape est connue sous le nom de nucléokinèse. Ce déplacement du noyau est permis par un réarrangement du cytosquelette de MT. Plusieurs protéines sont nécessaires à ce mécanisme. La reelin favorise la dynamique des MT à l’origine de la nucléokinèse. LIS1 régule la position des centrosomes et permet la translocation nucléaire. DCX permet de stabiliser les MT en maintenant l’arrangement correct des 13 protofilaments de MT. Ces protéines seront détaillées dans le chapitre suivant.
3. La rétractation d’une partie de la cellule de manière à finir le déplacement. Contrairement aux autres cellules, les neurones forment des motifs architecturaux très précis à la fin de la migration, qui pourraient être considérés comme une 4ème étape.
La migration neurale commence de la 8e à la 20e semaine de gestation et continue après la naissance. Elle comporte de nombreux stades coordonnés entre eux. Avant et pendant les premières étapes de la migration, il se produit une importante prolifération des progéniteurs dans la zone sous-épendymaire. Au même moment, la glie de la zone sous-épendymaire envoie de longs processus cellulaires perpendiculairement à la surface : ce sont les cellules gliales radiales. Après la neurogénèse, les cellules neuro-épithéliales vont se transformer en un type cellulaire distinct, les cellules de la glie radiaire. Ce sont des progéniteurs plus restreints dans le lignage que les cellules neuro-épithéliales. En conséquence, une partie des neurones du cerveau dérivent de façon directe ou indirecte des cellules de la glie radiaire (Fig. 21). Ces cellules conservent leurs propriétés neuro-épithéliales. Elles expriment les marqueurs neuro- épithéliaux (nestine) et conservent une polarité apico-basale avec une localisation apicale des centrosomes. Cependant, à la différence des cellules neuro-épithéliales, elles expriment également des propriétés astrocytaires comme les marqueurs spécifiques : GLAST, S100b, GFAP. Ces caractéristiques apparaissent chez les cellules de la zone ventriculaires durant la neurogénèse (Gotz and Huttner, 2005).
Fig. 21. Arbre des lignages de la neuronogénèse présentant de façon simplifiée les relations entre les cellules neuro-épithéliales (NE), les cellules de la glie radiaires (RG) et les neurones. (Gotz and Huttner, 2005)
Les neurones immatures vont alors migrer le long de la glie radiaire. Le néocortex est constitué de six couches de neurones avec des fonctions et des morphologies distinctes. La formation de ces couches neuronales implique une migration radiale et tangentielle des neurones jusqu’à leurs positions finales (Fig. 22). La migration radiale signifie un mouvement des neurones de l’intérieur vers l’extérieur de la surface cérébrale. La surface interne du cerveau est la ligne des ventricules, la surface externe est la ligne de la pie-mère (membrane qui couvre le cerveau sous le crâne) ou surface piale. La migration tangentielle signifie un mouvement neuronal parallèle aux surfaces interne et externe du cerveau.
Fig. 22. Section coronale dans le cortex cérébral en développement permettant d’illustrer les migrations radiale et tangentielle. MGE : Eminence Ganglionnaire Médiale. (Liu, 2011)
La migration radiale commence à 8 semaines de gestation. Les NSC sont alors organisées en une couche cellulaire proliférative, la VZ. Entre 10 et 14 semaines de gestation, trois vagues successives de neurones immatures vont migrer afin de fournir la majorité des neurones du cortex mature. La première vague quitte la VZ et se déplace selon un mouvement radial jusqu’à la surface piale (PS) du cerveau. La couche neuronale ainsi formée se nomme la pré-plaque (PP).
Une seconde vague de neurones migre ensuite radialement depuis la zone intermédiaire (IZ) et sépare la pré-plaque en zone marginale (MG) et plaque profonde (subplate- SP). Pour cela, cette seconde vague de migration forme une couche neuronale entre la MZ et la SP : la plaque corticale (CP). Plusieurs vagues de neurones immatures quittent la VZ en plusieurs phases, migrent radialement, traversent la SP et viennent ajouter séquentiellement des couches neuronales à la CP. Une fois la CP correctement établie, la SP dégénère et laisse place aux six couches neuronales qui persistent à l’âge adulte (Gupta et al., 2002) (Fig. 23).
Fig. 23. Formation des couches du néocortex. La formation des couches cérébrales est médiée par la migration des neurones le long de la glie radiaire (traits verticaux). La première vague de migration forme la pré-plaque (PP). La seconde vague de neurone migre depuis la zone intermédiaire (IZ) et sépare la PP en zone marginale (MZ) et plaque profonde (subplate-SP) afin de créer la plaque corticale (CP). La CP s’étend, chaque couche neuronale traverse ses prédécesseurs pour aller se placer sous la MZ. A l’âge adulte, la SP dégénère. Restent les six couches finales sous la surface piale (PS) qui constituent le néocortex. (Gupta et al., 2002)
Arrivé au sommet des réseaux de glie radiaire, les neurones tardifs continuent de migrer le long des neurones précoces afin de coloniser des couches de plus en plus superficielles. La première vague de neurones en migration va donc former les couches profondes du cortex, alors que les vagues de migrations tardives permettront l’apparition des couches proches de la surface (Dobyns et al., 1993). Des changements morphologiques ont lieu tout au long de cette étape de migration, dû à des changements du cytosquelette notamment grâce à l’actine et aux microtubules (MT) (Liu, 2011).
Des perturbations de la migration des NSC et des neurones peuvent induire de nombreuses malformations cérébrales.
Beaucoup de facteurs interviennent à cette étape et le moindre changement de leur expression dans la quantité, le temps ou le lieu peut avoir des répercussions dramatiques sur le développement cérébral. Les maladies causées par des altérations de la migration neurale résultent d’une perturbation du mouvement normal des neurones immatures entre le site d’origine et leur destination finale durant le développement précoce. Beaucoup d’associations ont été décrites entre des défauts de migration neurale et des maladies telles que la lissencéphalie, la microcéphalie, la schizophrénie, l’autisme ou encore la dyslexie (Cannon, 2009) (Bi et al., 2009) (Kamiya et al., 2005) (Schumacher et al., 2006).