Induction Neurale

Flashcards de révision sur le cours de développement du système nerveux (NSC 3040), couvrant l'évolution des neurones, les modèles animaux, l'induction neurale, le modèle par défaut (BMP, Noggin, Chordin), ainsi que la neurogenèse et l'inhibition latérale (bHLH, Notch/Delta).

Quels sont les trois premiers stades communs de l'embryogenèse chez les vertébrés et les invertébrés ?

Les trois premiers stades sont : 1. Les divisions de clivage (prolifération de l'œuf fécondé en blastula/blastocyste), 2. La gastrulation (réorganisation des cellules en 3 feuillets : endoderme, mésoderme et ectoderme), 3. L'induction neurale (formation du système nerveux à partir de l'ectoderme).

Quelle est la différence d'objectif entre la coloration de Nissl et le marquage du Golgi ?

La coloration de Nissl colore de manière non-spécifique le noyau et les ribosomes (substances basophiles) de tous les neurones pour évaluer leur densité et distribution, sans révéler leur morphologie. Le marquage du Golgi (solution de dichromate de potassium et nitrate d'argent) colore aléatoirement quelques neurones dans leur totalité (corps cellulaire, axone et dendrites), permettant d'analyser leur morphologie et leur complexité.

Quelles sont les trois caractéristiques essentielles d'un neurone selon le cours ?

1. Il est capable de communiquer avec d'autres cellules via des synapses chimiques ou électriques. 2. Il possède des canaux ioniques dépendants du potentiel pour transmettre des signaux électriques rapidement et sur de longues distances. 3. C'est une cellule extrêmement polarisée composée de dendrites, d'un corps cellulaire, d'un axone et de terminaux synaptiques.

Quelles sont les morphologies neuronales identifiées sur ce schéma de diversité cellulaire ?

(A) Cellule pyramidale du cortex, (B) Cellule bipolaire de la rétine, (C) Cellule ganglionnaire de la rétine, (D) Cellule amacrine de la rétine, (E) Neurones du noyau mésencéphalique du nerf trijumeau (V), (F) Cellules de Purkinje du cervelet.

Comment le système nerveux de l'hydre (Cnidaire) est-il structuré et d'où proviennent ses neurones ?

Le système nerveux de l'hydre est organisé en un réseau ou filet neural (nerve net) constitué d'environ 6000 neurones bipolaires. Ces neurones sont produits par des cellules souches situées dans la couche externe (l'épiderme).

Quels sont les atouts principaux de Caenorhabditis elegans comme organisme modèle en neurodéveloppement ?

C. elegans est transparent, possède un nombre invariant de cellules somatiques (~1000 cellules dont 302 neurones et 56 glies) permettant d'établir un lignage cellulaire complet, a un temps de génération très rapide (~2 jours) et présente un développement stéréotypique sans facteurs stochastiques.

Chez C. elegans, quelle est la distinction fonctionnelle entre la lignée cellulaire 'P' et la lignée 'AB' ?

Les cellules 'P' sont germinales et migrent à l'intérieur de l'embryon, tandis que les cellules 'AB' restent à l'extérieur et produisent les cellules de l'hypoderme ainsi que l'ensemble du système nerveux.

Comment les neuroblastes se forment-ils et se différencient-ils chez Drosophila melanogaster ?

Les neuroblastes sortent de la région ventrale neurogénique de l'ectoderme par délamination. Chaque neuroblaste se divise pour produire des cellules mères ganglionnaires (GMC), lesquelles se divisent ensuite pour donner 2 neurones ou glies qui composent la corde de nerf ventrale.

Quelle différence fondamentale distingue la structure neurale initiale des invertébrés de celle des vertébrés ?

Chez les invertébrés, les neuroblastes délaminent à partir de l'ectoderme neurogène ventral pour former directement des ganglions ou des cordes nerveuses. Chez les vertébrés, l'ectoderme neurogène se situe du côté dorsal et forme une plaque neurale qui se replie en un tube neural creux rempli de cellules souches.

Quand l'ectoderme (cap animal) de Xenopus acquiert-il sa compétence à produire du tissu neural ?

Lorsqu'il est isolé AVANT la gastrulation, le cap animal se différencie uniquement en épiderme. L'ectoderme devient compétent à produire du tissu neural lorsqu'il est isolé PENDANT ou APRÈS le début de la gastrulation, à la suite des réarrangements et signalisations tissulaires.

Qu'a démontré l'expérience de greffe de la lèvre dorsale du blastopore par Spemann et Mangold ?

La greffe de la lèvre dorsale du blastopore d'un embryon donneur dans la région ventrale d'un embryon hôte induit la formation d'un deuxième axe corporel complet et d'un second système nerveux central dérivé des cellules hôtes. La lèvre dorsale est donc désignée comme l'Organisateur de Spemann.

Quels sont les trois principaux inducteurs neuraux directs sécrétés par l'Organisateur de Spemann ?

Les trois inducteurs neuraux directs sont Noggin, Chordin et Follistatin. Ils permettent la différenciation en tissu neural sans induire préalablement l'expression de gènes mésodermiques.

Selon le 'modèle par défaut', quel est le rôle exact de Noggin, Chordin et Follistatin dans l'induction neurale ?

L'état neural est l'état par défaut de l'ectoderme, mais il est de base réprimé par les protéines BMP (comme BMP4). Noggin, Chordin et Follistatin se lient directement aux BMPs avec une forte affinité, empêchant leur fixation aux récepteurs BMP. Cette levée d'inhibition permet aux cellules ectodermiques d'adopter leur destin neural par défaut.

Comment s'illustre l'inversion du plan corporel dorso-ventral entre Drosophila et les vertébrés ?

Chez la drosophile, Sog (homologue de Chordin) est exprimé du côté ventral et antagonise Dpp (homologue de BMP4) pour former la région neurogène ventrale. Chez les vertébrés, Chordin est exprimé du côté dorsal et antagonise BMP4 pour former la région neurogène dorsale.

Quelle cascade de signalisation intracellulaire conduit à l'induction épidermique en présence de BMP4 ?

BMP4 se lie aux récepteurs BMP, entraînant la phosphorylation de Smad1. Smad1 phosphorylé s'associe à Smad4, puis le complexe transloque dans le noyau pour activer des facteurs de transcription (Msx1, Vent, Gata1). Ceux-ci induisent les gènes épidermiques et répriment activement les gènes neuraux.

Comment les voies FGF et BMP interagissent-elles pour activer les gènes Sox chez la poule ?

La voie FGF active la cascade ERK qui stimule la transcription de Zic3. Lorsque le signal BMP est bloqué par des inhibiteurs de l'organisateur, la voie Smad est inactivée et Zic1 n'est plus réprimé. Zic1 et Zic3 agissent alors ensemble pour induire les gènes pro-neuraux de la famille Sox (ex. Sox2).

Quel est le mécanisme moléculaire général de la voie de signalisation Wnt canonique ?

Wnt se lie aux récepteurs Frizzled (FZD) et LRP, ce qui active Dishevelled (Dsh/Dvl) et inhibe le complexe de destruction de la $\beta$-caténine. La $流入$\beta$-caténine non phosphorylée s'accumule dans le cytoplasme, pénètre dans le noyau et se lie aux facteurs TCF/LEF pour stimuler la transcription des gènes cibles.

Quels inhibiteurs de la voie Wnt sont produits par l'Organisateur et quel est l'effet de l'inhibition conjointe BMP/Wnt ?

L'Organisateur produit Cerebrus, Dickkopf (Dkk-1) et Frzb. L'inhibition simultanée de BMP et de Wnt (par exemple via un récepteur BMP tronqué + Dkk-1) permet d'induire la formation complète de la tête et des structures cérébrales antérieures (prosencéphale).

Que sont achaete-scute (as-c) et atonal chez la drosophile et quelle est leur fonction ?

Ce sont des gènes pro-neuraux codant pour des facteurs de transcription de type hélice-boucle-hélice basique (bHLH). Exprimés dans les groupes pro-neuraux, ils déclenchent le développement des neuroblastes et permettent ensuite leur différenciation en neurones.

À quelles séquences d'ADN consensus les protéines pro-neurales de type bHLH se lient-elles ?

Elles se lient aux motifs d'ADN régulateurs appelés boîtes E (E-boxes), ayant pour séquence consensus de base $5'-\text{CANNTG}-3'$ ou des motifs apparentés comme $5'-\text{GCAGGTGG/T}-3'$.

Comment fonctionne le modèle d'inhibition latérale au sein d'un groupe pro-neural de la drosophile ?

Par chance, une cellule exprime un niveau plus élevé de bHLH pro-neuraux (Asc), ce qui induit une forte expression du ligand membranaire Delta. Delta active le récepteur Notch des cellules voisines, déclenchant l'expression de répresseurs (HES) qui bloquent les gènes pro-neuraux chez ces voisines. Ainsi, seule la cellule centrale devient un neuroblaste tandis que ses voisines restent épidermiques.

Quelles étapes moléculaires suivent la liaison de Delta au récepteur Notch ?

La liaison de Delta déclenche un clivage par la $\gamma$-sécrétase, libérant le domaine intracellulaire de Notch (Notch-ICD). Notch-ICD transloque au noyau, s'associe à SuH et MAM, et active les gènes $E(spl)$ / HES. Les protéines HES répriment directement la transcription de $as-c$ et de Delta.

Quels phénotypes distincts observe-t-on entre un mutant pro-neural et un mutant neurogène sur cette figure ?

Chez le type sauvage, l'inhibition latérale sélectionne un seul neuroblaste par groupe pro-neural. Chez le mutant pro-neural (perte de bHLHs), aucun neuroblaste ne se forme. Chez le mutant neurogène (perte de Notch ou Delta), l'inhibition latérale échoue, entraînant une conversion de TOUTES les cellules du groupe pro-neural en neuroblastes (hyper-neurogenèse).