Introduction
Les cellules des crêtes neurales (CCN) représentent une population cellulaire fascinante et essentielle au cours du développement embryonnaire des vertébrés. Initialement situées entre le tube neural et le futur épiderme, ces cellules migratrices donnent naissance à une diversité remarquable de tissus et d'organes. Cet article explore en profondeur l'origine, la migration, la multipotence et le rôle crucial des CCN dans la formation de diverses structures de l'organisme.
Origine et migration des cellules des crêtes neurales
En 1868, Wilhelm His a décrit une bande étroite de cellules situées du côté dorsal entre le tube neural et le futur épiderme. Il avait remarqué que ces cellules donnent naissance aux ganglions rachidiens. Ces cellules, appelées cellules des crêtes neurales (CCN), se détachent des bourrelets neuraux et subissent d'importantes migrations à travers l'embryon. Pour suivre la migration et le devenir des cellules de crêtes neurales, on utilise les greffes caille-poulet. Une portion du tube neural d’un embryon de poulet a été remplacée par la même portion d’un embryon de caille du même âge. Après quelques heures où on laisse l’embryon chimérique se développer, on fixe l’embryon et on réalise des coupes soumises à la coloration Feulgen. Les cellules de caille ont un nucléole plus foncé dans le noyau que les cellules de poulet avec cette coloration. On observe que des cellules de caille (flèches) s’échappent du tube neural et migrent à travers l’embryon de poulet : ce sont les cellules de crêtes neurales. On peut aussi utiliser un anticorps QCPN qui reconnaît un antigène dans les cellules de caille qui est absent dans les cellules de poulet.
Multipotence des cellules des crêtes neurales
Les CCN sont des cellules multipotentes capables de se différencier en une variété de lignées cellulaires. Cette diversité de différenciation est une caractéristique clé des CCN, qui leur permet de contribuer à la formation de nombreux tissus et organes. Les CCN peuvent se différencier en une variété de lignées : en mélanocytes, en ostéocytes et chondrocytes du squelette céphalique, en muscles lisses des vaisseaux partant du cœur, en neurones et cellules gliales (cellules de Schwann) du système nerveux périphérique (comportant le système nerveux entérique, sympathique et parasympathique mais aussi des récepteurs sensoriels dans la peau par exemple), en cellules endocrines de la médullosurrénale (et cette liste n’est pas exhaustive). La diversité des structures produites ainsi que le fait que ces types cellulaires proviennent habituellement de 2 feuillets embryonnaires (ectoderme et mésoderme) indique clairement que les CCN sont des cellules multipotentes. On peut même les considérer comme un quatrième feuillet spécifique des Vertébrés qui est le seul phylum où on peut les trouver (même si on trouve des cellules apparentées chez les Cordés non vertébrés).
Position sur l’axe antéro-postérieur
A part les mélanocytes qui sont générés quel que soit le niveau de l’axe antéro-postérieur, les CCN ne donnent pas les mêmes dérivés selon leur position. Les différents types cellulaires produits par les CCN à différents niveaux antéropostérieurs sont représentés dans des embryons de poulet au stade 7 somites (à gauche) et 28 somites (à droite), car les CCN céphaliques émergent plus tôt au cours du développement que les CCN plus postérieures. La région qui donne naissance au mésectoderme (vert) (notamment les tissus cartilagineux et osseux de la tête) s’étend du niveau du diencéphale moyen jusqu’au rhombomère (r) 8 (correspondant à 4ème somite (S4). Les mélanocytes (gris) sont produits sur toute la longueur de l’axe. Les ganglions parasympathiques (jaune) dérivent de la CN mésencéphalique. Les ganglions entériques (orange) proviennent de la CN vagale (S1-S7) et lombosacrée (postérieure à S28). Postérieurement à S4, la CN du tronc produit les ganglions sympathiques (rouge), tandis que les ganglions sensoriels (bleu foncé) sont générés par la CN mésencéphalique et par la CN des niveaux rhombencéphaliques postérieurs à lombosacré. Signalons que parmi les CCN initialement désignées comme vagales, se trouvent une sous-population particulières appelées CCN cardiaques. Ces cellules apparaissent depuis le niveau de la vésicule otique jusqu’au niveau du 3ème somite et constituent la seule sous-population de la crête neurale qui contribue au système cardiovasculaire. Ces cellules migrent dans les arcs pharyngiens 3, 4 et 6, à partir desquels un sous-ensemble de cellules migre dans la voie d’éjection cardiaque, au sein de laquelle elles se condensent pour former le septum aortico-pulmonaire. Elles participent aussi à la formation de certaines valves cardiaques.
Rôle des cellules de Schwann
Les cellules de Schwann sont un des dérivés des cellules des crêtes neurales et forment des gaines de myéline autour des neurones dans le système nerveux périphérique. Elles ont des propriétés différentes par rapport aux oligodendrocytes qui ne sont pas dérivées des CCN (mais dérivées des cellules souches neurales restées dans le tube neural) et qui forment des gaines de myéline dans le système nerveux central.
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Production et maintien in vitro de crestosphères
Des régions dorsales de tubes neuraux (avant que les CCN n’émigrent) sont disséquées à partir d’embryons de poulet et placées dans un milieu qui favorise le développement de CCN en suspension et qui forment des sphères (crestosphères). Elles peuvent être aussi obtenues à partir de cellules ES (ou iPS) humaines que l’on fait se développer en CCN à la suite d’un protocole particulier. Les crestosphères peuvent être maintenues in vitro sur plusieurs semaines et elles expriment des marqueurs « classiques » de CCN (en bleu clair). On peut ensuite les faire différencier in vitro ou in vivo en divers dérivés des CCN.
Contrôle du développement des cellules des crêtes neurales
Le développement des CCN est contrôlé par de nombreux événements fondamentaux : la détermination du territoire multipotent « crête neurale » au sein de la bordure neurale, la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT), la restriction de la pluripotence, la prolifération, la survie, la migration et la différenciation. Lors de la neurulation, l’ectoderme se sépare en différentes parties : une partie neurale, une partie épidermique et chez les Vertébrés, une partie intermédiaire entre les deux appelée la bordure neurale. La détermination de ces structures dans l’ectoderme provient du contrôle de l’activité de la voie BMP dans ses cellules : une forte activité de la voie BMP aboutit à la formation d’épiderme, une activité intermédiaire à la formation de la bordure neurale et une activité faible à la formation du tube neural. Le contrôle de la voie BMP provient essentiellement de la capture des ligands BMP (produits essentiellement ventralement) par des protéines secrétées provenant de l’organisateur de Spemann/nœud de Hensen qui est dorsal : chordine, noggin et follistatine. Les gènes précoces exprimés dans la bordure neurale sont entre autres Pax3, Zic1 et Msx1. Une fois que les gènes sont activés par les voies de signalisation, ils renforcent mutuellement leurs expressions.
Induction des crêtes neurales
L’induction des crêtes neurales à partir des cellules de la bordure neurale passe pas un bon dosage entre Pax3 et Zic 1 (trop de Pax3 donne du neurectoderme et trop de Zic1 donne des placodes). L’induction des crêtes neurales implique aussi un renforcement de la signalisation BMP. Cela est rendu possible par une interaction entre les SMAD en aval du récepteur aux BMP et FHL3, protéine à domaines LIM, qui augmente l’activation de la transcription de Wnt8 en aval des SMAD. Une nouvelle série de gènes est activée dans l’étape suivante du réseau de régulation génétique des CCN. Ils sont nommés les spécificateurs de CN. Il s’agit par exemple de Snail2, FoxD3, Sox9 et Sox10.
Neurocristopathies
Des anomalies du développement des CCN, d’origine génétique et/ou environnementales, aboutissent aux neurocristopathies, aussi diverses que peuvent l’être les dérivés des CCN
Développement de l'œil
Outre l'implication successive de l'ectoderme, du neuro-ectoderme et, dans une moindre mesure, du mésoderme, l'ontogenèse de l'œil mobilise une ultime population cellulaire qui contribue de façon essentielle à la morphogenèse, l'organogenèse et la physiologie optique : la crête neurale. Il s'agit d'une population de cellules qui a pour origine les bourrelets neuraux qui délimitent latéralement la gouttière neurale. Avant la fermeture du tube, ces cellules sont épithéliales et liées au neuro-ectoderme, mais, à mesure que la fermeture du tube neural s'engage, elles se détachent des bourrelets latéraux et deviennent mésenchymateuses. Leur individualisation s'opère selon une cinétique bidirectionnelle qui suit la fermeture du tube neural.
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