Pierre Gressens

Développement du SNC

Glutamate

• Récepteurs

- NMDA (N-méthyl-D-aspartate)

- AMPA (alpha-3-amino-OH-5-méthyl-4-isoxazole)

- kaïnate (GluR 5, 6, 7 & KA 1, 2)

- métabotropiques : couplés protéine G (mGlu 1-8)

• Transporteurs (surtout gliaux)

Récepteurs NMDA

• hétéromériques, différentes sous-unités

=> canal perméable sodium & calcium

• NR-1 (indispensable pour récepteur actif),

épissage altérnatif => 8 variants

• NR2A, B, C, D

• ontogenèse spécifique aux différentes sous-unités

Zhong et al., J Neurochem 1995

Récepteurs NMDA

sensibilité du récepteur aux co-facteurs = fonction type

sous-unités (surtout NR2)

Husi et al., Nat Neurosci 2000Sheng & Lee, Nat Neurosci 2000

glutamate

Mg

Ca

11

3

2

dépolarisation membrannaire

Récepteur N-méthyl-D-aspartateRécepteur N-méthyl-D-aspartate

4

facteurs trophiques

présynaptique

postsynaptique

(? GABA)

Récepteurs AMPA

• différentes sous-unités (GluR 1, 2, 3, 4)

• perméable sodium et calcium

• imperméable au calcium si Glu R2 édité

• profil ontogénique spécifique

diminution postnatale du Glu R2 hippocampe

• modulation allost réc AMPA hippoc => BDNF

Lauterborn et al., J Neurosci 2000

Dopamine (I)

• cortex : fibres DA @ 7 sem post-concept, souplaque pdt 4 sem, puis invasion corticale

Verney, 1999

Dopamine (II)

• récepteurs D1, 2, 3, 4 , 5 (groupes D1 et D2)

• noyaux accumbens & caudé, D1, D2, D4 :

postnatale puis @ puberté

• autres régions : patron adulte progressif

Dopamine (III)

• réc D3 (type D2) :

- adulte : noyau accumbens, cortex limbique

- dvlpt : zones germinatives (transitoire), aires limbiques,

« barrels » (transitoire)

• réc D2 :

- quasi toutes aires dopaminergiques

- accélère expression corticale parvalbumine + aborisation

dendritique (effet bloqué par antago NMDA)

Peptide vasoactif intestinal (VIP)

• neuropeptide 28 aa ; SNP, SNC

• famille de peptides (glucagon, secrétine, PACAP, …)

• récepteurs : PACAP / VPAC 1 / VPAC 2

• facteur trophique / neuromodulateur (énergie)

• induit production de BDNF et autres facteurs trophiques

• origine maternelle développement cérébral précoce

Facteurs de croissance

• neurotrophines : NGF, BDNF, NT3, NT4/5

• IGFs, FGFs, EGF-TGF, …

• ontogenèse spécifique des ligands et récepteurs

• expression discrète et cibles spécifiques

(BDNF : spécificité pour fibres sérotoninergiques)

mise en place au cours du développement cérébral

des systèmes NT de type adulte

vs

rôle(s) des NT au cours du développement cérébral

NEOCORTEX (1)NEOCORTEX (1)

• Neuronal proliferation : 5-20 W

• Neuronal migration : 10-24 W

• Programmed cell death : T3 - postnatal

• Neuritogenesis-pruning : T3 - postnatal

• Synaptogenesis-stabilization : T3 - adolescence (1st & 2nd years)

• gliogenesis : 8 W - postnatal (24-28 W)

• myelination : 30 W - postnatal

• angiogenesis : 8 W - postnatal

NEOCORTEX (2)NEOCORTEX (2)

M

G0

S

G2G1

migration

ventricule latéral

zone germinative

zone intermédiaire

Classification des MCPH (2/07)MCPH1 8p22-pter Microcéphaline Réparation ADN

MCPH2 19q13.1-13.2 ?

MCPH3 9q34 CDK5RAP2 Centrosome

MCPH4 15q15-q21 ?

MCPH5 1q31 ASPM Centrosome

MCPH6 13q12.2 CENPJ Centrosome

MRX9 Xq12-q21.31 ?

MCPHA DNC

Others…

Les protéines MCPH en relation avec le fuseau mitotique

ASPM

CDK5RAP2

CENPJ

Bond et al 2005 Nat Genet. MCPH3 (CDK5RAP2) & MCPH6 (CENPJ)

T0 Ctrl VIPSecretin

10-11M 10-7M10-9M

VIP effects on whole cultured E9 embryos

E9.5 : Tunel staining

Ctrl VIP

Gressens et al., Eur J Neurosci 1998

M

G0

S

G2G1

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

cycle G1 S G2 M

Controls VIP

E9.5 : cumulative BRDU pulses

Gressens et al., Eur J Neurosci 1998

VIP mRNA RT-PCR

Spong et al., Endocrinology 1999

Spong et al., Endocrinology 1999

E9.5 : VIP & CD3-epsilon T cell receptor IHC

E9.5 : 125I-VIP autoradiography

Gressens et al., Eur J Neurosci 1998

E9.5 : 125I-VIP autoradiography

astrocyteVIP

neuronal survival

- cytokines - growth factors - protease inhibitors

cAMP

Ca++

release

mitosis

Servoss et al., Endocrinology 2001

IGF-1 effects on whole cultured E9 embryos

Servoss et al., Endocrinology 2001

IGF-1 effects on whole cultured E9 embryos

IGF-1

decidual T lymphocytes

VIP glial cells

proliferation

I

II

III

IV

V

VI

WM

GZ

PPZ

GZ GZ GZ

SP

I

VI

V

SP

I

VI

V

I

SP

IIIIV

VI

V

IV

II

III

IZ IZ IZIZ

1 2 3 4

Neuronal migration pathwaysNeuronal migration pathways

1

2

3

GZ

IZ

CP

ML

1. Protomap

2. Clonal Dispersion

3. Interneurons

GE

Rakic, Science 1982

Kriegstein & Noctor, TINS 2005

Somal translocationLocomotion

Nadarajah et al., Nature Neurosciences 2001

Leading edge extension

Microfilament polymerization

Nucleokinesis

Microtubules network

Tanaka et al. J Cell Biol 2004

Tsai & Gleeson, Neuron 2005

Tsai & Gleeson, Neuron 2005

0

5

10

15

20

25

30

35

0.1 mM 0.5 mM 1 mM 1.8 mM 5 mM

Calcium & neuronal migration

Komuro & Rakic, 92

Ca++

Dis

t an

c e (

µm

)

Shibata et al., J Neurosci 1997

0

5

10

15

20

25

30

0 µM 1 µM 10 µM 50 µM 100 µM

NMDA inhibition & neuronal migration

Komuro & Rakic, 93

D-AP5

Dis

t an

c e (

µm

)

Behar et al., 96

Mort neuronale programméeMort neuronale programmée

• 50-60 % neurones initialement produits

• postmigratoire? dans la zone germinative (70% ?)

• rôles ?- compétition pour facteurs trophiques- élimination cellules anles- diversité neuronale par élimination redondance

Apoptosis or programmed cell deathApoptosis or programmed cell death

Death genes

Protective genesInternal signals

External signals

death comitment death program phagocytosis

degradation

signaux développementaux agressions environnementales

signaux de survie

promoteurs de survie

inhibiteurs de protéases activateurs de protéases

inducteurs de mort

signaux de mort

APOPTOSE

facteurs trophiques TNF-alpha, p53, c-myc

Bcl-2 Bax

caspases (CPP32, ICE)

Ikonomidou et al., Science 1999 & 2000

Neurites

• surproduction-élagage

- connexions callosales

- connexions intracorticales « feedback »

- projections corticofuges

• pré-déterminées

- connexions intracorticales « feedforward »

Croissance des neurites

• Programmes génétiques

• Chémoattraction et chémorépulsion

• Neurotransmetteurs et facteurs trophiques

• Matrice extracellulaire

• Axones pionniers

NT & croissance axonale

• Ach inhibiteur

• glutamate - AMPA inhibiteur

- NMDA promoteur

• GABA >< effet AMPA

• sérotonine inhibiteur

• DA inhibiteur

• somatostatine promoteur

Persistance / régressionaxonale

Survie neuronale Programmes génétiques

Activité électrique Facteurs trophique& neurotransmetteurs

Zheng et Purves, PNAS 1995

Changeux, 1985

glutamate

Mg

Ca

11

3

2

dépolarisation membrannaire

Récepteur N-méthyl-D-aspartateRécepteur N-méthyl-D-aspartate

4

facteurs trophiques

présynaptique

postsynaptique

(? GABA)

Bourgeois, Acta Paediatr 1997

Johnston, 2003

Molnar & Isaac, 2002

NF1, tuberous sclerosis … thyroid deficiency, Rett, Coffin-Lowry, Rubinstein-Taybi