Introduction
Le développement embryonnaire des vertébrés est un processus complexe et fascinant, au cours duquel les différentes structures de l'organisme se mettent en place progressivement. Parmi ces structures, la colonne vertébrale joue un rôle essentiel, assurant le soutien du corps et la protection de la moelle épinière. La numérotation des vertèbres lombaires et cervicales est un aspect important de ce développement, permettant de comprendre comment ces régions spécifiques de la colonne vertébrale se forment et se différencient.
Anomalies vertébrales et côtes surnuméraires
Dans le développement embryonnaire, des anomalies peuvent survenir, entraînant des variations dans le nombre et la forme des vertèbres. Parmi ces anomalies, on retrouve les côtes surnuméraires, des côtes supplémentaires qui peuvent se développer à différents niveaux de la colonne vertébrale.
Côtes surnuméraires cervicales et thoraciques
La présence de côtes surnuméraires est une anomalie congénitale rare. Elles peuvent se voir à n’importe quel niveau de la colonne vertébrale mais sont observées le plus souvent dans la région cervicale. La côte surnuméraire naît généralement à partir de la 7e vertèbre cervicale et fusionne souvent avec la première côte. La présence d’une côte surnuméraire thoracique est plus rare. Dans la plupart de ces cas, le patient ne présente aucun symptôme. Plusieurs classifications ont été proposées pour répertorier les côtes surnuméraires intrathoraciques selon leur localisation et leur origine. On ignore les mécanismes à l’origine de la formation de côtes surnuméraires chez l’embryon, mais toute anomalie portant sur les masses cartilagineuses situées latéralement de la colonne vertébrale peut engendrer ce type de malformation. On peut supposer que les côtes surnuméraires résultent d’une fusion incomplète lors du développement embryonnaire, entre la 4e et la 6e semaine, entre les segments qui composent le sclérotome, unité embryologique responsable de la formation du squelette axial.
Une étude chinoise, parue en 2021 dans l’International Journal of Medical Sciences, a recensé la totalité des cas de côtes surnuméraires intrathoraciques publiés dans la littérature médicale entre 1945 et 2020. Au total, 68 cas ont été décrits. L’âge des patients était compris entre six semaines et 79 ans, 60 % d’entre eux ayant moins de 30 ans. Dans de rares cas, les patients porteurs de cette malformation souffraient de douleurs thoraciques, avaient une gêne respiratoire ou avaient vomi du sang. Dans quelques cas, la côte était reliée au diaphragme par une bande fibreuse ou une couche de graisse. Un attachement à la plèvre a été observé dans un cas. Une côte intrathoracique est le plus souvent unique et siège le plus souvent du côté droit. Dans la plupart des cas, elle naît entre la 2e et la 8e vertèbre thoracique ou de la bifurcation d’une côte (entre la première et la huitième). Dans de rares cas, l’anomalie siège des deux côtés. Il a également été rapporté la présence de deux côtes surnuméraires siégeant du même côté, l’une s’articulant avec la 6e vertèbre thoracique et la seconde avec la 7e vertèbre thoracique. Le cas d’un patient porteur de quatre côtes surnuméraires a été décrit lors d’une autopsie en 2013. Chez cet adulte, ces malformations multiples se situaient entre la première et la quatrième côte et ne s’articulaient pas avec une vertèbre.
Côtes surnuméraires sacrées et coccygiennes
Les premiers cas de côtes dans la région du sacrum ou du coccyx ont été décrits dans les années 1930. Ces cas sont extrêmement rares. Les deux-tiers des cas concernent des personnes de sexe féminin, de 3 à 55 ans. Ces côtes sacro-coccygiennes peuvent être uni ou bilatérales. Les côtes naissant dans le sacrum et le coccyx ne nécessitent généralement pas d’intervention chirurgicale, mais pourraient être sources de complications lors d’un accouchement. Il est également possible que des côtes sacro-coccygiennes réduisent les dimensions du pelvis.
Lire aussi: Guide Complet sur l'HCG
Développement embryonnaire de la colonne vertébrale
Pour comprendre la numérotation des vertèbres, il est essentiel de connaître les étapes clés du développement embryonnaire de la colonne vertébrale.
Segmentation du sclérotome
On peut supposer que les côtes surnuméraires résultent d’une fusion incomplète lors du développement embryonnaire, entre la 4e et la 6e semaine, entre les segments qui composent le sclérotome, unité embryologique responsable de la formation du squelette axial.
Rôle des gènes Hox
Les Mammifères possèdent 4 complexes de gènes Hox (A, B, C et D) comptant chacun plusieurs gènes (numérotés par un numéro entre 1 et 13). Ces gènes ont une importance particulière lors de la détermination des devenirs cellulaires le long de l’axe antéro-postérieur.
Invalidation de gènes et conséquences sur le développement vertébral
L’étude des mutants et l’invalidation de gènes permettent de mieux comprendre les mécanismes de la différenciation cellulaire et du développement embryonnaire.
Techniques d'invalidation de gènes
Afin de comprendre comment et par quels gènes sont contrôlés les mécanismes de la différenciation cellulaire, les chercheurs ont développé une stratégie : regarder ce qui se passe lorsqu’un gène « fonctionne mal », est absent, etc. Ces études ont d’abord été réalisées grâce à l’étude de mutants, naturels ou provoqués par l’utilisation de produits chimiques ou ionisants. Néanmoins, ces techniques de mutagenèse aléatoire posent un gros problème : les chercheurs n’ont aucun contrôle sur les mutations qui vont avoir lieu… Ceci impose un fastidieux travail de criblage pour rechercher les mutants. De plus, les mutations obtenues ont souvent pour conséquence une diminution de l’expression du gène ou une diminution de l’efficacité de la protéine codée. Une approche a priori bien plus intéressante est donc d’éliminer purement et simplement un gène. C’est ce que l’on appelle l’invalidation d’un gène, ou plus communément le KO (knock-out) d’un gène. Cette technique est basée sur la recombinaison homologue. L’invalidation de gènes n’a pu être possible que suite à l’avènement de la biologie moléculaire. Il n’est pas possible de décider « je vais invalider le gène de tel ou tel autre caractère ». Pour invalider un gène, il est nécessaire de l’avoir identifié au préalable : le gène, sous forme d’un fragment d’ADN, doit avoir été cloné - c’est-à-dire qu’il doit avoir été isolé, conservé, sa séquence nucléotidique déterminée intégralement. Enfin et surtout, il faut avoir une bonne raison d’invalider le gène… Ce processus est long et coûteux, et n’est pas employé « à la légère » par les laboratoires de recherche. La description suivante est faite chez la souris. Une fois la construction réalisée, ce vecteur est introduit dans des cellules ES (embryonic stem cells : cellules souches embryonnaires) par électroporation. On utilise des cellules ES car ces cellules sont capables de donner toutes les cellules de l’organisme (elles sont totipotentes). Une étape longue et fastidieuse consiste alors à sélectionner un clone de cellules ES ayant effectivement reçu le vecteur, et ayant procédé à la recombinaison homologue.
Lire aussi: Contracter et renforcer le bas du dos
Un vecteur a été réalisé : plasmide portant le gène lacZ (dans notre exemple), entouré des séquences bordant le gène A dans le génome. Ce vecteur est introduit dans des cellules ES. Dans quelques cellules ES, un évènement de recombinaison homologue a lieu : grâce à une reconnaissance des séquences communes entre le vecteur et le génome de la cellule, une copie du gène A est remplacée par la construction portée par le vecteur (ici, le gène lacZ). La majorité des cellules ES n’a en fait pas réalisé cette recombinaison homologue. La deuxième étape consiste en l’obtention d’animaux génétiquement modifiés. Pour cela, on procède à l’injection de quelques cellules ES modifiées dans le blastocœle (cavité) de très jeunes embryons de souris. Ces cellules s’intègrent naturellement à la masse cellulaire interne (MCI), ensemble de cellules dont dérivent toutes les cellules du futur organisme. Les embryons ayant reçu ces cellules ES sont alors réimplantés dans des mères porteuses. À partir du moment où l’on dispose de tels individus mosaïques, la troisième étape consiste en un croisement entre ces souris et des souris « sauvages » (c’est-à-dire possédant l’allèle normal, non modifié). Dans cet exemple, le gène A est remplacé par un autre gène : lacZ. Chez les hétérozygotes, le développement n’est en général pas affecté, l’expression de la copie subsistante du gène s’effectuant normalement. En effet, une technique courante est de remplacer le gène ciblé par un autre gène, qui sera facilement détectable, tel que le gène codant la β-galactosidase (gène lacZ).
Conséquences de l'invalidation des gènes Hox8
L’invalidation de HOXB8 conduit à plusieurs défauts de développement, et en particulier à une fusion partielle des deux premières côtes. Ceci correspond en fait à un changement d’identité des vertèbres (qui portent les côtes) : la deuxième vertèbre thoracique (T2) « prend l’identité » de la première vertèbre thoracique (T1). Ces modifications sont décelables chez environ 1/4 des homozygotes. Au sein des quatre complexes Hox des Mammifères, trois présentent un gène HOX8 : HOXB8, HOXC8 et HOXD8. Ces trois gènes (dits gènes paralogues) dérivent d’un même gène HOX8 ancestral, et sont ainsi de séquences très proches. Leur expression chez les Mammifères est aussi très similaire : tous trois s’expriment le long de l’axe antéro-postérieur au cours du développement embryonnaire.
L’invalidation de chacun de ces gènes a été réalisée, avec des résultats divers (conventions de notation : C = vertèbre cervicale ; T = vertèbre thoracique ; L = vertèbre lombaire.
- HOXB8 -/- : changement d’identité T2 vers T1 et T1 vers C7.
- HOXC8 -/- : changement d’identité T7 vers T6, T8 vers T7 et L1 vers T13.
- HOXD8 -/- : très faible phénotype, proche de celui observé pour HOXC8.
Ces trois invalidations montrent un rôle des gènes HOX8 dans la détermination des devenirs le long de l’axe antéropostérieur, plus précisément dans la région thoracique. Leur invalidation conduit à une « antériorisation » : les vertèbres présentent un phénotype décalé vers l’avant, par rapport à une souris sauvage. Il a donc été réalisé des doubles invalidations, puis des triples invalidations de ces gènes, conduisant à des individus HOXB8 -/-, HOXC8 -/-, HOXD8 -/- (« triple KO »). Chez tous ces individus, on retrouve les phénotypes caractéristiques des invalidations de HOXC8 et de HOXD8. Le plus intéressant se situe au niveau des phénotypes caractéristiques de HOXB8. On peut donc remarquer que le phénotype, présent chez seulement 1/4 des individus en l’absence de HOXB8, est présent chez 4/5 des individus si un deuxième gène HOX8 est invalidé, et chez la quasi-totalité des souris en cas d’invalidation des trois gènes HOX8. Ce résultat montre que, bien que HOXB8 joue un rôle important dans la détermination de l’identité des vertèbres T1 et T2, les autres gènes HOX8 (C8 et D8) peuvent « compenser » son absence, diminuant ainsi le phénotype observé. Cet exemple illustre bien toute la difficulté des invalidations de gènes : il existe chez les Mammifères de nombreux gènes paralogues appartenant à des familles multigéniques. Lorsque l’on invalide un gène on ne peut ainsi jamais être sûr d’observer le phénotype lié au rôle de ce gène dans l’organisme. De nombreuses expériences d’invalidation de gène se sont ainsi soldées par une absence quasi-totale de phénotype. Ce qui ne veut pas dire que le gène en question ne sert à rien !
Appendice caudal et développement embryonnaire
Un autre exemple de malformation congénitale liée au développement embryonnaire est l'appendice caudal, ou "queue humaine".
Lire aussi: Solutions pour Soulager les Douleurs Lombaires
Formation et régression de l'appendice caudal
C’est ainsi que l’on dénomme ce qui reste du bourgeon caudal présent chez tout embryon humain à la cinquième semaine et qui régresse normalement entre la sixième et la huitième semaine. La queue vraie, vestige de la partie terminale de l’embryon (bourgeon caudal), contient du tissu adipeux et conjonctif, du muscle, des vaisseaux et des nerfs. Elle ne renferme ni os, ni cartilage, ni moelle épinière. Ces queues vestigiales sont recouvertes d’une peau normale comportant des follicules pileux et des glandes sudoripares.
Types d'appendices caudaux
Contrairement aux « vraies queues », les « pseudo-queues » sont des excroissances (protusions) de la région lombo-sacrée. Elles sont associées à des anomalies de développement des vertèbres. Les dimensions d’une pseudo-queue sont variables, généralement de 5 à 6 cm. Le plus souvent, la moelle épinière et ses enveloppes (méninges) forment une hernie à l’extérieur du corps sous la forme d’une saillie recouverte par la peau (myéloméningocèle). Dans d’autres cas, on observe un défaut de fermeture de la vertèbre dans sa région postérieure de même que la présence d’un lipome. Cette masse graisseuse, qui siège sous la peau, est en contact direct avec la moelle épinière contenue dans le canal rachidien. En 2020, une nouvelle classification a été proposée selon que la queue comporte ou non des éléments osseux et selon sa localisation. Les lésions de type I, qui contiennent des éléments osseux, sont subdivisées en lésions de type IA quand il s’agit de protusions de coccyx et de type IB lorsqu’il s’agit de lésions non-coccygiennes. Dépourvues d’éléments osseux, les queues de type IIA sont localisées au-dessus du sillon inter-fessier alors que les lésions de type IIB se situent dans la région périanale, à droite ou à gauche.
Dysraphisme spinal et syndrome de la moelle attachée
Des examens d’imagerie sont nécessaires pour déterminer s’il existe des malformations associées de la moelle épinière et du rachis, ce qu’on appelle un dysraphisme spinal dans le jargon médical. En effet, il faut savoir que la colonne vertébrale (rachis) a une croissance plus rapide que la moelle au cours du développement embryonnaire. Toute perturbation de ce processus peut amener la constitution d’un dysraphisme spinal. Un lipome est l’anomalie la plus fréquemment responsable. Le dysraphisme spinal est alors en cause de ce qu’on appelle le « syndrome de la moelle attachée ». Cette complication se manifeste par une variété de signes neurologiques, en l’occurrence par des troubles neuro-orthopédiques (douleurs, déficits sensitivo-moteurs, scoliose) et sphinctériens (notamment incontinence urinaire, constipation).
tags: #numérotation #des #vertèbres #lombaires #et #cervicales