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2.  Régionalisation du tube neural

2.2.   Régionalisation dorso­ventrale

  La polarité dorso­ventrale est établie un peu plus tardivement que la polarité antéro­ postérieure et est également régie par la plaque préchordale et la notochorde.   Au niveau de la notochorde comme de la plaque préchordale, il est bien établi que  l’action  morphogène  de  Shh  est  nécessaire  à  la  spécification  ventrale  dans  ces  régions  (Briscoe and Ericson, 1999; Chiang et al., 1996; Gunhaga et al., 2000).  

Il est maintenant clairement défini que c’est un équilibre dose­dépendant entre Shh  et Gli3 qui établit la polarité dorso­ventrale du cerveau antérieur en formation (Figure 6). En

    26              Figure 6. Interactions entre Shh et Gli3 au sein du tube neural. 

Les domaines d’expression de Gli3 (en rouge) et Shh (en jaune) sont présentés lors des stades précoces  de  développement  dorso­ventral  du  cerveau  antérieur.  Ces  deux  gènes  maintiennent des patrons d’expression complémentaires au cours du développement. C’est l’expression de Shh au niveau de la partie ventrale qui permet l’activation de Gli2, qui va agir ensuite comme un répresseur sur Gli3. Le gradient d’expression de Shh au niveau de la ligne médiane ventrale laisse place ensuite à un gradient d’expression de Gli3 qui va avoir une action beaucoup plus dorsalisante. EGL : éminence ganglionnaire latérale ; EGM : éminence  ganglionnaire médiane (D’après (Rallu et al., 2002a)). 

 

Figure 7. Représentation simplifiée des différentes interactions entre voies de signalisation  et  facteurs  de  transcription  au  cours  de  la  régionalisation  dorso­ventrale  du  prosencéphale. 

La  voie  Nodal  va  agir  de  façon  précoce  sur  l’activation de la signalisation Shh. Cette activation  peut  être  contrebalancée  par  la  protéine  GLI3  activée  par  SIX3.  Ce  dernier  conjointement  à  GLI3  exerce  une  activité  répressive  sur  Fgf8  au  niveau  ventral.  FGF8  quant  à  lui  va  favoriser  la  ventralisation  par  activation  de  Zic2.  Au  niveau  dorsal,  des  interactions  entre  la  voie  des  BMP,  Wnt  et  de  l’acide rétinoïque vont permettre l’activation de gènes dorsalisants, implémentée par l’action de GLI3. (D’après (Fernandes and Hebert, 2008)). 

effet, la voie Shh permet l’activation de gènes cibles comme Gli2, qui va par la suite inhiber  le gène Gli3. GLI3 est quant à lui, un facteur de transcription activateur de gènes dorsalisants  tel que Pax7 (Meyer and Roelink, 2003). De plus il a été montré qu’en absence de l’activité fonctionnelle  de  GLI3,  le  cerveau  antérieur  est  anormalement  ventralisé  et  présente  un  retard de croissance  (Tole et al., 2000; Yu et al., 2009). La signalisation Shh va également  activer des gènes cibles tels que Nkx2.1, Olig2 et Nkx6.1 pour permettre la caractérisation de  cellules progénitrices neurales ventrales (p3, pMN, p2). Dans le cas d’une perte de fonction

Gli3, l’expression de ces cibles va s’étendre à la région dorsale du tube neural (Persson et al.,  2002). 

Chez  le  poisson­zèbre,  deux  orthologues  de  Shh  sont  identifiés  ShhA  et  ShhB.  L’analyse des mutants pour ces deux gènes se révèle plus complexe dans ce modèle compte tenu de la compensation qui peut s’exercer  entre  les  deux  gènes.  En  raison  de  cette  redondance, la perte de fonction Shh a été étudiée chez le mutant du récepteur Smo (Varga  et  al.,  2001)  qui  contrairement  à  Shh,  ne  semble  pas  dupliqué  au  sein  du  génome  du  poisson­zèbre.  Les  animaux  vont  présenter  des  phénotypes  sévères  correspondant  à  une  dorsalisation du cerveau antérieur et une absence totale de tissu hypothalamique. Ce même  phénotype  a  été  observé  chez  le  poisson­zèbre lors de l’utilisation de la cyclopamine.  Ce  composant se lie et inhibe directement le récepteur SMO, inactivant ainsi la signalisation Shh  (Chen et al., 2002a). 

 

Par  ailleurs,  FGF8  exerce  également  une  action  ventralisante  du  tube  neural  et   permet l’activation d’autres protéines  telles  que  ZIC2  qui  exerce  également  un  rôle  ventralisant au niveau de la ligne médiane (Figure 7) (Fernandes and Hebert, 2008). En effet,  chez la souris, la perte de fonction de Zic2 entraîne un défaut de régionalisation ventrale et  de  sévères  malformations  du  cerveau  antérieur  (Warr  et  al.,  2008).  Au  niveau  dorsal,  les  voies WNT, BMP et de l’acide rétinoïque vont permettre l’activation de gènes dorsalisants comme  Bmp4  (pour  revue  (Bertrand  and  Dahmane,  2006) ; (Hu  et  al.,  2004;  Rallu  et  al.,  2002a) (Figure 7).    

Il apparaît donc que la régionalisation dorso­ventrale du cerveau antérieur implique  de multiples interactions entre les voies de signalisation impliquées dans ce processus. C’est  un défaut de la régulation de ces voies au niveau de la ligne médiane qui va entrainer une 

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Figure 8. Schéma de la segmentation du cerveau embryonnaire chez l’Homme.  

A.  Les  trois  vésicules  primaires  (prosencéphale,  mésencéphale  et  rhombencéphale)  et  la  moelle épinière se différencient au niveau de la partie la plus antérieure du tube neural. B. La  division  du  prosencéphale  se  fait  ultérieurement  pour  donner  le  télencéphale  et  le  diencéphale (D’après Sunderland, 2001). 

                  Figure 9. Représentation schématique du télencéphale 

A.  Schéma  du  recouvrement  du  diencéphale  par  les  vésicules  télencéphaliques  en  vues  latérale  et  ventrale.  La  ligne  médiane  (LM)  traversant  le  télencéphale  dorsalement  et  le  diencéphale  ventralement  est  représentée  en  pointillés  gris  B.  Section  transversale  du  cerveau antérieur. On distingue les deux vésicules télencéphaliques correspondant aux futurs  hémisphères cérébraux. CC : cortex ; Vl : ventricule latéral ; PC3V : plexus choroïde du 3ème  ventricule ;  PCVl :  plexus  choroïde  du  ventricule  latéral ;  EGL :  éminence  ganglionnaire  latérale ;  EGM :  éminence  ganglionnaire  médiane ;  Et :  épithalamus ;  Th :  thalamus ;  Ht :  hypothalamus ; 3V : 3ème ventricule (D’après www.embryology.ch)   

3. Segmentation du cerveau antérieur    

Simultanément aux processus de régionalisation, le tube neural va se segmenter le  long de l’axe antéro­postérieur  (Figure  8A).  L’encéphale présomptif dérivant de la plaque neurale rostrale va donner le prosencéphale (cerveau antérieur), le mésencéphale (cerveau  moyen)  et  le  rhombencéphale  (cerveau  postérieur).  La  partie  caudale  du  tube  neural  donnera  la  moelle  épinière.  Ensuite,  le  prosencéphale  se  divise  en  deux  vésicules  secondaires,  le télencéphale et le diencéphale. Le télencéphale se divisera le long de la ligne  médiane  pour  donner  les  deux  hémisphères  cérébraux.  Au  niveau  du  diencéphale  se  développeront  l’hypothalamus, le thalamus, l’épithalamus, la rétine neurale et la glande pinéale. De son côté, le mésencéphale voit sa taille augmenter alors que le rhombencéphale  se  divise  également en deux  vésicules  secondaires :  le  métencéphale  et  le  myélencéphale  (Figure 8B). 

3.1. Le télencéphale 

3.1.1. Morphologie du télencéphale  

Le  télencéphale  est  composé  de  deux  vésicules  latérales  qui  correspondent  aux  futurs hémisphères cérébraux. Elles sont séparées par la ligne médiane. La face ventrale des  vésicules télencéphaliques fusionne avec les faces latérales du diencéphale (Figure 9A).   La voute de chaque hémisphère formera le cortex cérébral alors que leur plancher formera  les éminences ganglionnaires médiane et latérale (EGM et EGL). Les deux hémisphères sont  joints  sauf  au  niveau  la  scissure  interhémisphérique  en  dorsal.  La  zone  de  raccordement  avec le toit du diencéphale est appelée plexus choroïde au niveau du 3ème ventricule et des  ventricules  latéraux  (Figure  9B).  Le  télencéphale  contient  également  les  ébauches  du  système olfactif qui donneront les bulbes et tractus olfactifs ainsi que des structures qui y  sont associées comme l’hippocampe. D’autre part, le télencéphale correspond à une région  complexe  du  système  nerveux  et  une  spécification  progressive  de  cette  structure  est  nécessaire  pour  définir  des  populations  cellulaires  comme  les  oligodendrocytes  ou  les