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De l'embryon à la morale

Moins de cellules gliales qu’on le prétend ?

La synapse tripartite mise à mal

Les cellules précurseurs des neurones prolifèrent dans la partie du tube neural appelée zone ventriculaire. Il s’agit de la région adjacente à la lumière du tube neural où l’on estime qu’il se forme, durant la période de prolifération maximale de la gestation, environ 250 000 nouveaux neurones à chaque minute !

À un certain point de leur développement, les cellules souches vont se diviser d’une part en une autre cellule souche, et d’autre part en un précurseur neuronal, le neuroblaste. Celui-ci continuera de se diviser tout en formant différentes lignées neuronales. Au bout d’un certain temps, le neuroblaste différencié ne subira plus aucune division cellulaire. Ce point où un précurseur neuronal quitte ainsi définitivement le cycle de division mitotique définit la date de naissance du neurone qui en résultera.

Des structures nerveuses complexes comme la moelle épinière ou le cortex cérébral n’ont pas un seul mais plusieurs types de neurones. Ceux-ci ne se développent pas tous en même temps, mais découlent souvent les uns des autres pour former ce que l’on appelle des lignées cellulaires. Une cellule souche peut ainsi donner naissance à différents types de neurones (des neurones sensoriels et moteurs par exemple) employant souvent des neurotransmetteurs différents.

On appelle cellules souches neurales toutes les cellules qui sont à l’origine des différents types de neurones rencontrés dans le cerveau et même des différentes sortes de cellules gliales. Le destin des cellules filles en migration ne dépend donc pas d’un type de cellule souche donné, mais plutôt d’une multitude d’autres facteurs, incluant l’âge de la cellule précurseur, son environnement ou son plan de clivage au moment de la division, etc.

DES CELLULES SOUCHES AUX NEURONES

Comment une simple cellule, l’ovule fertilisé, peut-elle être à l’origine de tant de types cellulaires différents dans le corps humain, allant des neurones aux cellules sanguines en passant par les cellules du foie ou de la peau ?

Pour répondre de la façon la plus générale possible à cette question, il faut tout d’abord rappeler que chaque cellule de notre corps contient l’ensemble des gènes capables de former un être humain. Il en va de même pour les cellules de notre corps en développement, et à plus forte raison à mesure que l’on remonte au tout début de l’embryon. Une cellule donnée va acquérir sa personnalité spécifique parce que seulement certains gènes parmi tous ceux qu’elle possède vont être activés. Ceux qui sont spécifiques aux neurones ou à la peau par exemple.

On peut ensuite se demander comment se développent les innombrables formes de cellules nerveuses et comment parviennent-elles à établir leurs milliards de connexions correctement dans le cerveau humain ?

Pour tenter de répondre à cette difficile question de l’origine de nos cellules nerveuses, on doit tenir compte de trois processus qui agissent de façon concomitante pour transformer les cellules précurseurs (ou cellules souches) en neurones matures.

D’abord la prolifération cellulaire, qui permet d’augmenter le nombre de cellules. Comme on doit se rendre au chiffre astronomique de plus de 80 milliards de neurones que possède le cerveau adulte, il faut commencer tôt…

La prolifération débute dès que la fermeture du tube neural est complétée. À ce stade, le tube neural n’est constitué que d’une seule couche de cellules épithéliales. Mais dès que les cellules se mettent à proliférer, cette couche s’épaissit rapidement (voir encadré).

Pour comprendre d’où viennent nos cellules nerveuses, il faut également considérer le processus de détermination. Il s’agit d’un moment crucial au cours duquel certaines cellules vont ni plus ni moins verrouiller leur destin, devenant les précurseurs qui donneront éventuellement naissance à tel ou tel type de neurones ou de cellules gliales.

Dès que les grands axes du système nerveux ont été déterminés, les cellules de chaque région vont pouvoir commencer à se différencier. La différenciation est le troisième processus contribuant à la maturation des neurones.

La différenciation fait en sorte que les cellules issues d’une population déterminée vont donner naissance à des sous-populations de neurones propres aux différentes régions du système nerveux. Durant cette étape, les neurones continuent de proliférer et migrent vers leur localisation définitive où ils feront des connexions spécifiques avec d’autres neurones.

Le cortex cérébral est organisé en d’innombrables colonnes qui constituent les processeurs d’information de base du cerveau. L’expansion du cortex que l’on observe tout au long de l’évolution serait due à une augmentation du nombre de ces colonnes, et non à l’augmentation de la taille de chacune d’elles.

Par conséquent, comme chaque colonne est le fruit d’un petit nombre de cellules souches avoisinantes, l’accroissement du nombre de colonnes correspondrait à une augmentation du nombre de cellules souches. Il se pourrait donc fort bien que des changements mineurs dans la quantité initiale de cellules souches soient à l’origine de la très grande surface corticale chez les primates et en particulier chez l’humain.

L’expansion disproportionnée du cortex associatif humain

Le “coming out” de la synapse électrique

Les dendrites et les terminaisons de l’axone peuvent être en perpétuels mouvements et ajustements réciproques durant toute notre vie, phénomène contribuant à la plasticité synaptique à la base de l’apprentissage.

C’est durant les premières semaines du développement embryonnaire que se déroule la prolifération cellulaire la plus importante. Après la naissance, c'est la multiplication des connections synaptiques entre les cellules qui devient le phénomène le plus remarquable.

Les dendrites des neurones sont un peu comme les branches d’un arbre : certains neurones n’ont que quelques branches alors que d’autres possèdent de vastes et complexes ramifications. Les neurones qui ont peu de dendrites ne peuvent recevoir qu’un nombre limité de contacts synaptiques d’autres neurones, tandis que les neurones qui possèdent les arborisations dendritiques les plus complexes peuvent en recevoir jusqu’à
100 000 ! La quantité de dendrites d’un neurone, en déterminant le nombre de connexions que le neurone peut recevoir, a donc une influence profonde sur sa fonction future.

CONNECTER LES NEURONES ENTRE EUX

Le développement du système nerveux pose un problème particulier par rapport aux autres systèmes de l’organisme. En effet, les cellules du corps humain autres que nerveuses font partie de populations homogènes. Autrement dit, une cellule bêta du pancréas va par exemple sécréter de l’insuline peu importe où elle est située dans le pancréas.

Il en va tout autrement des neurones puisque leur position dans le système nerveux est déterminante pour leur fonction. Un neurone cholinergique (produisant de l’acétylcholine comme neurotransmetteur) dans une région motrice de la moelle épinière a une fonction bien différente qu’un neurone cholinergique de la rétine ou du cortex temporal.

Le rôle que joue un neurone dans le cerveau ne dépend donc pas seulement du type de neurotransmetteur qu’il émet ou des variétés de récepteurs qu’il possède, mais beaucoup de sa localisation. Car c’est l’emplacement d’un neurone qui détermine grandement les connexions qu’il fera avec ses semblables. Et ce sont ces connexions qui rendent possible nos pensées et nos comportements.

Or pour que les neurones puissent établir des connexions entre eux, il faut qu’ils développent les prolongements qui les caractérisent. Suite à la prolifération des cellules nerveuses et à leur migration vers leur emplacement définitif dans le cerveau, on assiste donc au développement des dendrites et de l’axone.

Cette différentiation commence par la formation de deux prolongements diamétralement opposés, les neurites. L’un des neurites s’allongera pour devenir l’axone et l’autre se ramifiera pour former les dendrites. Cette différenciation se produit même lorsque les cellules précurseurs des neurones sont mis en culture dans un milieu nutritif, indiquant qu’une part de cette différenciation est programmée génétiquement.

L’axone se développe grâce à un cône de croissance situé à son extrémité. Celui-ci est sensible aux différents signaux chimiques environnants et détermine la direction de l’allongement de l’axone.