Introduction
La neurulation est un processus embryologique fondamental chez les vertébrés, y compris l'humain, qui conduit à la formation du tube neural. Ce tube est le précurseur du système nerveux central, comprenant la moelle épinière et le cerveau. Comprendre ce processus est essentiel pour saisir le développement embryonnaire et les potentielles anomalies congénitales.
Le Développement Précoce et l'Implantation
Avant d'aborder la neurulation, il est important de comprendre les étapes initiales du développement embryonnaire. Après la fécondation, l'œuf subit une série de divisions cellulaires rapides, appelée segmentation, aboutissant à la formation d'une blastula. Vient ensuite la gastrulation, une phase cruciale où les trois feuillets embryonnaires (ectoderme, mésoderme et endoderme) se mettent en place grâce à d'importants mouvements cellulaires.
L'implantation de l'embryon dans la paroi utérine est également un processus complexe. Le syncytiotrophoblaste, une structure spongieuse, interagit avec l'endomètre, l'érodant pour former les ébauches des espaces intervilleux du placenta. Le trophoblaste érode ensuite la paroi utérine, permettant la formation des villosités primaires, secondaires et tertiaires.
Ces villosités, en particulier les villosités crampons, sont essentielles pour fixer solidement le sac gestationnel à l'endomètre. Les villosités cytotrophoblastiques, au contact de l'endomètre ou du sang maternel, assurent les échanges nécessaires au développement embryonnaire. Les villosités placentaires deviennent fonctionnelles, assurant la nutrition et l'oxygénation du fœtus en développement.
Parallèlement, le sac vitellin primitif se forme, avant d'être remplacé par le sac vitellin secondaire, généralement autour du 14e jour de gestation. Le sac vitellin se rétrécit progressivement au fur et à mesure que la grossesse avance, devenant très petit et plein. Il est connecté au cordon ombilical avec la vésicule ombilicale. Initialement, le sac vitellin assure la nutrition de l'embryon, puis cette fonction est reprise par le foie et l'intestin du fœtus.
Lire aussi: Étude de la neurulation de l'embryon de grenouille
L'allantoïde se constitue dès le 15e au 17e jour de gestation à partir de l'intestin primitif postérieur sous forme d'un diverticule supéro ventral (antérieur) s’étendant vers le pédicule embryonnaire (futur cordon ombilical). Après le cloisonnement du cloaque, entre la 4e et 6e semaines de gestation en un sinus urogénital primitif antérieur, et en rectum postérieur, ce diverticule allantoïdien devient une extension (prolongement sous forme de canal) supérieure du sinus urogénital vers la partie proximale (juxta-foetale) le cordon ombilical. Dans un stade embryonnaire plus avancé le canal allantoïde relie le dôme de la vessie au cordon ombilical. L'histoire naturelle du canal de l'allantoïde est l'oblitération totale sur toute sa longueur afin de former l'ouraque. Le défaut complet ou incomplet de l'oblitération du canal de l'allantoïde est à l'origine de multiples pathologies de l'ouraque : fistule ombilico-vésicale ; sinus ouraquien ; diverticule vésico-ouraquien et kystes ouraquiens.
Le Processus de Neurulation
La neurulation est l'étape suivante cruciale, marquant le début de la mise en place du système nerveux. Elle se caractérise par la formation du tube neural à partir de la plaque neurale. Ce processus se déroule en plusieurs étapes clés.
Formation et Modélisation de la Plaque Neurale
La neurulation commence par l'épaississement de la partie dorsale de l'ectoderme, formant la plaque neurale. Cette plaque s'étend le long de l'axe crânio-caudal de l'embryon, étant plus large dans la région qui deviendra le cerveau. La formation de la plaque neurale est induite par le mésoderme sous-jacent, notamment la notochorde, qui sécrète des facteurs inhibant la différenciation de l'ectoderme en épiderme.
Flexion de la Plaque Neurale et Formation du Sillon Neural
La plaque neurale subit ensuite une flexion, formant le sillon neural, une dépression centrale. Cette flexion se produit en plusieurs points charnières, où les cellules acquièrent une forme en coin. Les bords de la plaque neurale s'élèvent, formant les plis neuraux. Le sillon neural se forme au centre de la charnière grâce à des changements dans les cellules qui composent cette structure, ce processus nécessite un signal inductif provenant de la base sous-jacente médiée par la protéine Sonic Hedgehog.
Fermeture du Tube Neural
Les plis neuraux migrent vers la ligne médiane dorsale et fusionnent, formant le tube neural. Cette fermeture ne se produit pas simultanément sur toute la longueur de l'embryon. Chez les mammifères, elle commence simultanément à plusieurs endroits le long de l'axe antéro-postérieur. La fusion établit le toit du tube neural et le sépare de l'ectoderme épidermique sous-jacent.
Lire aussi: Embryon et Ovulation Tardive: Explications
La fermeture du tube neural est régulée par des molécules d'adhésion cellulaire, telles que les cadhérines. Les cellules qui deviennent le tube neural expriment initialement la cadhérine-E, puis arrêtent cette expression et commencent à exprimer la cadhérine-N et la N-CAM, qui favorisent l'adhérence entre les cellules du tube neural.
Neurulation Primaire et Secondaire
Il existe deux mécanismes principaux de neurulation :
- Neurulation primaire : Les cellules entourant la plaque neurale dirigent les cellules de la plaque vers la prolifération, l'invagination et la séparation, formant ainsi le tube neural.
- Neurulation secondaire : Un tube creux se forme à partir de l'union de cellules mésenchymateuses.
En général, la partie antérieure du tube neural se développe par neurulation primaire, tandis que la partie postérieure se développe par neurulation secondaire. À partir de la région sacrée des vertébrés, la partie postérieure du tube neural commence à se former en l'absence d'une couche germinale ectodermique ou d'une plaque neurale par neurulation secondaire. La région la plus caudale du tube neural, une fois développée, aura une continuité avec le reste du tube formé par la neurulation primaire.
Au cours de la neurulation secondaire, un cordon médullaire est formé par la condensation des cellules mésenchymateuses; ce cordon est évidé et forme le tube neural. Le tube médullaire est formé d'une masse indifférenciée de cellules, appelée éminence caudale par des mécanismes morphogénétiques sans inclure la formation de la plaque neurale et du sillon neural. Ces cellules sont organisées pour donner la formation de lumière du tube neural secondaire.
Les cellules du tube médullaire sont divisées en deux populations, l'une centrale et l'autre périphérique. La cellule centrale est composée de cellules mésenchymateuses et dans la région périphérique, les cellules mésenchymateuses sont transformées en cellules épithéliales pour donner naissance au neuroépithélium du tube neural secondaire. Tandis que ce qui précède existe, des cavités sont formées simultanément dans les limites entre les deux populations de cellules qui se développent et fusionnent pour former la lumière du tube neural.
Lire aussi: Causes du Retard Embryonnaire
Destinée du Tube Neural et de la Crête Neurale
Une fois formé, le tube neural se différencie en différentes régions du système nerveux central. La partie antérieure du tube neural se développe en trois vésicules primaires : le prosencéphale (cerveau antérieur), le mésencéphale (cerveau moyen) et le rhombencéphale (cerveau postérieur). Ces vésicules se divisent ensuite pour former les différentes structures du cerveau.
Les cellules situées dans la partie la plus dorsale du tube neural forment la crête neurale. Ces cellules migrent à travers l'embryon et donnent naissance à une variété de types cellulaires, notamment les neurones et les cellules gliales du système nerveux périphérique, les cellules de la médullosurrénale, les mélanocytes et une partie du squelette craniofacial.
Anomalies de la Neurulation
L'échec de la fermeture complète du tube neural entraîne des malformations congénitales graves, telles que l'anencéphalie (absence de fermeture à l'avant) et le spina bifida (absence de fermeture à l'arrière). Ces anomalies sont parmi les malformations congénitales humaines les plus courantes. La fermeture du tube neural à l’extrémité antérieure (au neuropore antérieur ou céphalique) se fait généralement entre le 26ème et le 27ème jour de développement. L’absence de cette fermeture provoque l’absence de cerveau et de crâne.
Comprendre les mécanismes moléculaires et cellulaires qui régissent la neurulation est donc crucial pour prévenir ces anomalies. Des études ont identifié plusieurs voies de signalisation impliquées, notamment les voies Wnt, BMP et Shh.
Facteurs Moléculaires et Cellulaires Clés dans la Neurulation
Plusieurs facteurs moléculaires et cellulaires jouent un rôle essentiel dans la neurulation :
- Sox2 : Ce facteur de transcription est un marqueur précoce de la plaque neurale. Il est nécessaire et suffisant pour induire la formation de tissu neural.
- PRDM1 : Cette protéine se fixe sur le promoteur de Sox2 et est nécessaire pour éliminer les formes répressives de la transcription.
- Shroom : Ce régulateur de l'interaction actine-myosine contrôle la constriction apicale des cellules de la plaque neurale.
- Cadhérines : Ces molécules d'adhésion cellulaire régulent la fermeture du tube neural en modulant l'adhérence entre les cellules.
Des réarrangements planaires sont aussi nécessaires pour les mouvements de la neurulation et ils contribuent à rétrécir et à plier la plaque neurale. Aux stades ultérieurs de la fermeture, les cellules aux bords de la plaque neurale forment des protrusions avant l’apposition au début des événements de fusion épithéliale. Pour la dernière étape de la neurulation où a lieu une «fusion» épithéliale, les cellules individuelles ne fusionnent pas réellement les unes avec les autres, mais les cellules situées aux bords des tissus apposés forment des adhérences de novo pour créer un épithélium continu.
tags: #neurulation #embryon #humain #schema