Induction neurale et développement de la notochorde

L'induction neurale est le processus par lequel une région de l'ectoderme est orientée pour devenir la plaque neurale, le primordium du cerveau et de la moelle épinière. Elle est initiée par des signaux provenant de l'organisateur et du mésoderme axial, en particulier la notochorde — une tige transitoire de la ligne médiane qui à la fois organise l'axe corporel précoce et constitue la structure définissante des chordés.

Definition

L'induction neurale est la spécification du destin de la plaque neurale dans l'ectoderme dorsal par des signaux provenant de l'organisateur et du mésoderme axial ; la notochorde est la tige médiane de mésoderme axial qui dérive de l'organisateur/nœud, organise le tube neural et les somites, et forme le squelette axial embryonnaire.

Scope

Ce sujet aborde la formation de la notochorde à partir du mésoderme axial, la signalisation inductive par laquelle l'organisateur et la notochorde neuralisent l'ectoderme sus-jacent, le modèle par défaut de l'induction neurale, et le rôle de la notochorde dans l'organisation du tube neural et du squelette axial. Il s'agit d'un exposé de référence sur l'anatomie du développement et ne fournit pas de conseils cliniques.

Core questions

• Comment la notochorde se forme-t-elle à partir du mésoderme axial ?
• Comment l'organisateur et la notochorde induisent-ils la plaque neurale ?
• Quels signaux moléculaires sous-tendent l'induction neurale ?
• Comment la notochorde organise-t-elle le tube neural et les tissus environnants ?

Key concepts

• Organisateur (organisateur de Spemann-Mangold ; nœud chez les amniotes)
• Notochorde et mésoderme axial
• Plaque neurale et neuroectoderme
• Antagonistes de BMP (noggin, chordin)
• Sonic hedgehog et organisation du tube neural ventral
• Vestiges de la notochorde (nucleus pulposus)

Key theories

Modèle par défaut de l'induction neurale

L'ectoderme est intrinsèquement prédisposé à un destin neural et est maintenu dans un état épidermique par la signalisation BMP ; les antagonistes de BMP dérivés de l'organisateur, tels que la noggin et la chordin, lèvent cette inhibition, permettant ainsi l'émergence du destin neural sous-jacent.

Mechanisms

L'organisateur (la lèvre dorsale chez les amphibiens, le nœud chez les amniotes) donne naissance à la plaque préchordale et à la notochorde, une tige de mésoderme axial s'étendant le long de la ligne médiane embryonnaire. L'organisateur et la notochorde sécrètent des antagonistes de BMP — notamment la noggin et la chordin — qui inhibent localement la signalisation BMP dans l'ectoderme sus-jacent ; selon le modèle par défaut, cette levée de l'inhibition de BMP permet à l'ectoderme d'adopter son destin neural intrinsèque et de former la plaque neurale, qui se replie ensuite pour former le tube neural. La notochorde continue d'organiser le tube neural et les somites en développement, en partie en sécrétant Sonic hedgehog pour spécifier les types de cellules neurales ventrales et pour induire le sclérotome. La notochorde elle-même est largement transitoire : elle induit les corps vertébraux et ne persiste dans la colonne vertébrale mature que sous la forme du nucleus pulposus des disques intervertébraux.

Clinical relevance

Les perturbations de l'induction neurale et de la fermeture du tube neural sont liées à des anomalies du tube neural telles que l'anencéphalie et le spina bifida, et le tissu notochordal persistant est l'origine développementale du chordome, une tumeur se développant le long du squelette axial. Cette entrée décrit les relations développementales à titre de référence et ne constitue pas une base pour le diagnostic, le conseil en prévention ou le traitement.

Evidence & guidelines

Le présent exposé est basé sur l'embryologie expérimentale et la biologie moléculaire du développement chez des modèles vertébrés, commençant par la transplantation d'organisateur et étendue par l'identification moléculaire des signaux inducteurs et organisateurs, ainsi que sur des manuels d'embryologie humaine standard plutôt que sur des directives cliniques.

History

La capacité de l'organisateur dorsal à induire un système nerveux a été démontrée lors de l'expérience de transplantation de Spemann et Mangold en 1924, qui a montré que le tissu organisateur greffé pouvait induire un axe secondaire avec un tube neural chez l'hôte. La base moléculaire est restée obscure jusqu'aux années 1990, lorsque des antagonistes de BMP sécrétés par l'organisateur, tels que la noggin et la chordin, ont été identifiés et que l'induction neurale a été reformulée comme un état par défaut révélé par l'inhibition de BMP.

Debates

Le destin neural est-il un véritable état 'par défaut', ou nécessite-t-il une instruction active ?

Le modèle par défaut soutient que l'ectoderme devient neural simplement lorsque la signalisation BMP est bloquée, mais des travaux ultérieurs ont suggéré que des signaux instructifs supplémentaires (par exemple FGF) y contribuent, de sorte que les rôles relatifs de l'inhibition par rapport à l'induction active restent débattus.

Key figures

• Hans Spemann
• Hilde Mangold
• Ali Hemmati-Brivanlou
• Douglas Melton
• Richard Harland

Seminal works

• spemann-mangold-1923
• smith-1992-noggin
• hemmati-brivanlou-melton-1997

Frequently asked questions

Qu'est-ce que l'induction neurale ?

C'est le processus par lequel des signaux provenant de l'organisateur et de la notochorde dirigent une partie de l'ectoderme pour qu'elle devienne la plaque neurale, précurseur du cerveau et de la moelle épinière, principalement en inhibant la signalisation BMP.

Que devient la notochorde chez l'adulte ?

La notochorde est une structure embryonnaire transitoire qui contribue à l'organisation de l'axe corporel ; la majeure partie régresse, et dans la colonne vertébrale mature, elle ne persiste que sous la forme du nucleus pulposus au sein des disques intervertébraux.