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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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Développement et Plasticité du Système NerveuxLicence de Psychologie

UE Libre 2ème année – S3UE4

● 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).

● BU Sciences Mont-Saint-Aignan Salle Fresnel CD 612.8 NEU● Psychobiologie : Rosenzweig, Mark R. ; Leiman, Arnold L. ;

Breedlove, S. Marc, Editeur : De Boeck université (1998)● 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...

● 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

1.1 Les grandes phases du développement cérébral

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

● Embryon : Jusqu’à 8 semaines après la fécondationJusqu’à 10 semaines après l’aménorrhée

● Fœtus : A partir de 9 semaines après la fécondationA partir de 11 semaines après l’aménorrhée

● Stade Carnegie n°23 - 56ème JourTaille de l’embryon = 23 / 32 mm

Terminologie

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 identiquesdu point de vue génétique

1.2 Formation initiale du SN

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

● 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

1.2.1 La Gastrulation

Résumé des stades d'évolution

● La gastrulation permet de déterminer un axe antéro-postérieur

● Elle permet aussi la formation de la corde dorsale (ébauche de la future moelle épinière)

1.2.1 La Gastrulation

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

1.2.2 La Neurulation

● 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

● 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.

1.4 L'induction neurogène

● 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(ex: chorde dorsale)

CELLULE de l'ectoderme

ADN : programme génétique

ADNFabricationFacteur

d'induction

Récepteurs membranaires

Modification de l'expression génétique de la cellule.

NOYAU

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

Signal d'Induction Neurogène

Induction Neurogène

● 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)

Gène 2

Gène 8Gène 7

Gène 6Gène 5Gène 4

Gène 3Gène 1

● 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.

1.4 L'induction neurogène

● 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

► Possibilité de Malformations congénitales

● Causes environnementales– Agents tératogènes, qui se substituent à un facteur d’induction

● Acide rétinoïque (dérivé de la vitamine A)● 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

Complexité du développement cérébral

CELLULE(ex: chorde dorsale)

CELLULE de l'ectoderme

SYSTEME SANGUIN

ADN : programme génétique

ADNFabricationFacteur d'induction

Récepteurs membranaires

NOYAU

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

Induction Neurogène

Substances toxiques (Alcool, Nicotine...)

MutationGénétique

Développement Altéré !

Perturbation de l'induction

neurogène

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

O’Leary-Moore et al. Research & Health, in press

Control Alcool

● Dysmorphie crânio-faciale● Retard de croissance● Malformations congénitales● Atteintes neurocomportementales

● Troubles moteurs● Troubles des apprentissages● Troubles de l'attention / hyperactivité

● 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

Suite de l'induction neurogène

● Divisions standard et divisions asymétriques : un premier pas vers la différenciation neuronale

● 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)

Précurseur Neural

Précurseur Neural

Précurseur Neural

Précurseur Neural

Précurseur Neural

Précurseur Neural

Précurseur Neural

Précurseur Neural

Neuroblasteou

Glioblaste

Précurseur Neural

Précurseur Neural

Neuroblasteou

Glioblaste

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.