Vascularisation de la tête et du cou au cours du développement

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    25-Dec-2016

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  • J. Neuroradiol., 2005, 32, 147-156 Masson, Paris, 2005Dossier thmatique

    VASCULARISATION DE LA TTE ET DU COUAU COURS DU DVELOPPEMENT

    E. DETRAIT, H.C. ETCHEVERS

    INSERM U-393, Hpital Necker Enfants Malades, 149 rue de Svres, 75743 Paris Cedex 15.

    RSUM

    Au cours de lembryogense, le premier rle de la vascularisation est dassurer les besoins mtaboliques de la tte, cecids les stades les plus prcoces. Le prsent article passe en revue quelques principes qui gouvernent la construction cellulairedes vaisseaux et leur emplacement. Pour comprendre lorganisation et la mise en place de larbre vasculaire cphalique, ilest ncessaire de rappeler dune part les mouvements morphogntiques qui dirigent la formation de la tte des vertbrset dautre part les cellules partir desquelles les vaisseaux se constituent. Certaines des principales molcules de signalisationimpliques dans le dveloppement vasculaire, notamment les angiopotines, les endothlines, les FGFs, les Notchs, lesPDGFs, Sonic hedgehog, les TGFs et les VEGFs, sont voques afin de souligner les similitudes entre la vascularisationembryonnaire et postnatale, mme dans le contexte de morphologies de plus en plus divergentes.

    Mots-cls : angiogense, vasculogense, crte neurale, msoderme.

    SUMMARY

    Vascularization of the head and neck during developmentOne of the earliest priorities of the embryonic vascular system is to ensure the metabolic needs of the head. This review

    covers some of the principles that govern the cellular assembly and localization of blood vessels in the head. In order to under-stand the development and organization of the cephalic vascular tree, one needs to recall the morphogenetic movements under-lying vertebrate head formation and giving rise to the constituent cells of the vascular system. Some of the major signalingmolecules involved in vascular development are discussed, including the angiopoietins, the endothelins, the FGFs, the Notchreceptors, the PDGFs, Sonic hedgehog, the TGF family and the VEGFs, in order to underline similarities between embryonicand postnatal vascular development, even in the context of increasingly divergent form.

    Key words: angiogenesis, vasculogenesis, neural crest, mesoderm.

    MORPHOGENSE ET SPCIFICATION DES COMPOSANTS VASCULAIRES DE LEMBRYON HUMAIN

    Durant les troisime et quatrime semaines aprs lafcondation, lembryon, jusqualors bidermique, estle lieu dimportants mouvements cellulaires qui letransforment en un embryon trois couches cellulai-res. Durant ce processus dnomm gastrulation,des cellules msodermiques msenchymateusesgnres au niveau de ligne primitive sintercalententre lectoderme et lendoderme. Le msodermenat donc sur la ligne mdiane et migre ensuite versles bords latraux de lembryon. Simultanment,lectoderme de la partie rostrale de lembryon, audevant de la ligne primitive, spaissit pour former leneurectoderme. Le neurectoderme senroule et sesoude sur sa face dorsale pour donner naissance untube qui sera lorigine de tout le systme nerveuxcentral. Lors de la soudure du tube, des cellules sedtachent de la frontire entre le neurectoderme etlectoderme. Ces cellules, dnommes crtes neura-les, migreront dans tout lembryon pour donner demultiples drivs dont certains participeront lavascularisation de la tte et du cou. Lexcellent livre

    illustr de Larsen [48] en embryologie humaineretrace ces tapes en dtail.

    La matire premire des vaisseaux sanguins est lacellule endothliale (CE). Elle tapisse lintrieur duvaisseau et se trouve au contact direct avec le sang.Pendant la gastrulation et la neurulation, les hman-gioblastes se diffrencient partir de cellules souchesissues du msoderme. Ces cellules, apparaissant dansles membranes extra-embryonnaires, ont la capacitde devenir soit des cellules hmatopotiques, soitdes angioblastes, les prcurseurs des cellules endo-thliales [72].

    Une fois spcifies, les angioblastes migrent, sediffrencient et sassemblent en plexus vasculaireprimaire en jouant notamment sur la modificationdes caractristiques de ladhsion la matriceextracellulaire [24, 39]. Ce processus dassemblagein situ de vaisseaux partir de composants runissur place est dnomm vasculogense. Laorte etles veines cardinales se forment de la sorte. La vas-culogense est suivie par langiogense, cest--dire la croissance, le remodelage et lextension dece rseau primitif pour former un rseau vasculairemature. Ce second processus constitue le mca-nisme principal de la vascularisation des tissus encroissance, tant chez lembryon que chez lorga-nisme adulte.

    La morphogense vasculogense au niveau dutronc comporte deux phases marquantes : a) le ras-semblement des angioblastes de lendocarde pr-

    Tirs part : H.C. ETCHEVERS, ladresse ci-dessus. e-mail : etchevers@necker.fr

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    somptif autour de la porte intestinale antrieureen dessous de la tte [58] et, b) le rassemblementdangioblastes en deux colonnes de part et dautrede la notochorde pour former les aortes dorsales.Ces artres primaires de la neurula longent laxeantropostrieur du corps et fusionnent pour devenirlaorte dfinitive, entre la notochorde et lintestin.La premire angiogense des artres intersomitiquessegmentaires se produira partir des aortes dorsales.Simultanment, dautres vaisseaux se brancherontbilatralement prs de la sortie du coeur et se diri-geront ultrieurement vers la tte.

    Au niveau de la tte, la vasculogense se pro-duit au sein du msoderme msenchymateux entrelectoderme et le neurectoderme et genre uneaccumulation dangioblastes proximit du cer-veau [14]. Le reste de ce msoderme est consacrau prcurseurs des muscles cphaliques, qui sedveloppent grce aux signaux secrts par lescellules de la CN cphalique [89]. Par le biais delembryologie exprimentale, on a pu souligner denombreuses diffrences de devenir entre les cellu-les de CN migrant partir de diffrents niveauxantropostrieurs du neurectoderme. Ainsi, lescellules de CN sortant au niveau du futur cerveauont la capacit de se diffrencier en cellules demuscle lisse vasculaire, en pricytes, en mninges,en derme, en os ou en cartilage de la tte, alorsque leurs consoeurs sortant au niveau de la moellepinire ont une diffrenciation plus restreinteen cellules du systme nerveux priphrique, enmlanocytes ou en certaines cellules endocrinien-nes [51].

    Le cur, localis cot ventral (figure 1a), expulsedu sang oxygn dans les aortes dorsales par lebiais dune artre en forme dpingle cheveuxdont la partie ventrale est dsigne comme laorteventrale (figure 1b). Lpingle sallonge en direc-tion de la tte, et des connections symtriques, lesarcs aortiques, se forment autour de lendodermepharyngien entre laorte ventrale et dorsale.Lorganisation des feuillets embryonnaires autourde ces paires dartres, et notamment la diffren-ciation localement dirige de la CN cphalique,donnera lieu aux lments du visage infrieur et ducou. Au moment o se forme la troisime pairedarcs aortiques, la premire paire se dtache et lesartres se ramifient en direction du cerveau ant-rieur ; cest le dbut de limportant remodelage desgros vaisseaux pendant lembryogense. Ainsi, les5 paires darcs aortiques (numrots 1 4 et 6 pourdes raisons historiques) nexistent jamais simulta-nment. Des lments de la premire la troisimepaire darcs aortiques se trouveront au sein de laparoi de la carotide interne par exemple, alors queseul larc gauche de la quatrime paire persisteraen tant que crosse de laorte et les siximes arcssintgreront dans le canal artriel qui disparatraaprs la naissance chez lhomme.

    Les cellules endothliales assument des fonctionsdiffrentes suivant le tissu et le type de vaisseau danslequel elles se trouvent [7]. Lacquisition de cescaractristiques propre chaque localisation est lersultat de la double influence de lenvironnement etdes programmes gntiques endognes.

    CASCADES GNTIQUES IMPLIQUS DANS LA VASCULOGENSE

    Durant plusieurs dcennies, lhypothse domi-nante expliquant la diffrenciation entre veine etartre postulait que la pression et la direction du fluxsanguin lintrieur dun vaisseau dterminaient sadestine. Des donnes rcentes ont remis cettehypothse en cause. Ainsi, le Noble et ses collabora-teurs ont dmontr que les caractristiques molcu-laires des artres et des veines sexprimaient avant ledbut du flux sanguin mais quelles se sgrgeaientsur les vaisseaux appropris une fois que le flux taittabli dans le sac vitellin [52]. Par contre, des don-nes obtenues notamment chez le poisson zbre sug-grent que cette dtermination se produit au seinmme de lembryon avant lapparition de toute cir-culation sanguine dans le futur vaisseau et se main-tient par la suite [101].

    Une structure cl de lorganisation vasculaire estla notochorde. La notochorde est un bton msoder-mique stendant sous le tube neural ventral, le longde laxe antropostrieur de lembryon (figure 1).Depuis longtemps, cette structure est connue commele centre organisateur du dveloppement du tubeneural [28] et des somites [9, 20]. Des travauxrcents ont galement dmontr un rle prpond-rant au cours de linduction de lendoderme [10] etdes artres et veines axiales (discut plus loin). Parconsquent, les facteurs de transcription rgulant lamise en place de la notochorde interviennent enamont des gnes responsables de lorganisation delaorte et, un moindre degr, de la veine cardinale[36, 85]. Ces facteurs de transcription sortent ducadre de cette revue.

    Des lignes de poisson-zbres issues de criblagepar la mutagense permettent une caractrisationmolculaire des phnotypes morphologiques dcrits.Ainsi, des poissons sans notochorde, normalementsitue au-dessus de laorte dorsale, ou avec des mal-formations de lendoderme, sous la veine axiale(future cardinale infrieure) (figure 1d), manifestentdes anomalies vasculaires dont les molcules respon-sables ont pu tre identifies. Certaines, commeSonic hedgehog, manent directement de la noto-chorde alors que dautres, comme Notch-1 ouVEGF, sont induites dans les tissus avoisinants.

    Sonic hedgehog

    Sonic hedgehog (Shh) est un facteur scrt, trsconserv au cours de lvolution, et principal mdia-teur des effets induits par la notochorde. Par exem-ple, la scrtion de Shh vers le somite induit sadiffrenciation en prcurseurs des cartilages costauxet vertbraux [33].

    Chez des embryons de poisson-zbres normaux,lapplication dun excs de Shh entrane une diff-renciation artrielle ectopique qui se substitue laveine cardinale postrieure. La surexpression de Shhau sein du systme nerveux central du pouletembryonnaire rsulte en son hypervascularisation[76]. Comme tous les nouveaux capillaires, ceux-lexpriment initialement des marqueurs spcifiquesaux artres avant de les perdre du cot veineux aucours de leur maturation [37], ce qui renforce lhypo-

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    thse que Shh aurait un effet positif sur la formationdes artres.

    Pourtant, Shh nagit pas directement sur la proli-fration ni sur la migration des cellules endothlia-les, mais induit lexpression du vascular endothelialgrowth factor (VEGF) dans les somites proximit.Le VEGF est trs impliqu dans langiogenseclassique et sera discut plus en dtail dans la partieconsacre ce sujet. Lapplication exogne deVEGF permet de prserver laorte dorsale chez lesembryons dficients en Shh ; ces embryons sont nor-malement dpourvus dartres telles quidentifiespar des marqueurs molculaires [50]. Leffet de Shhest une induction de vaisseaux grande lumire,comme des fistules artriovneuses, alors que VEGF

    promeut la croissance dun plexus de petits vais-seaux homognes possdant des marqueurs art-riaux [74]. On considre que les grands vaisseauxsont assimilables des vaisseaux matures alors quele plexus capillaire ressemble plus aux vaisseauximmatures. Cette diffrence est attribue lactiva-tion simultane dautres facteurs par Shh, dans lamaturation vasculaire [74]. Pour rsumer, Shh joueun rle de coordinateur molculaire de la vasculo-gense.

    Les rcepteurs Notch

    Les rcepteurs transmembranaires de la familleNotch, hautement conservs au cours de lvolution,

    FIG. 1. a) Embryon humain 23 jours aprs fcondation montrant deux arcs branchiaux (AB1 et 2) et 19 paires de somites.Les niveaux approximatifs des schmas de B (cadre) et C-E (lignes pour coupes transversales) sont indiqus. Rostral gauche.b) Schma de la morphologie des premiers arcs aortiques (aa1 et aa2) par rapport aux structures cphaliques : le cerveau (pros,prosencphale ; mes, msencphale ; rh, rhombencphale), la notochorde (ND) et lendoderme pharyngien (endo). c-e) Quel-ques signaux et leurs rcepteurs discuts dans le texte sont indiqus en italiques lemplacement de leur synthse. c) Schmadune coupe au niveau dun arc branchial hypothtique, dorsal vers le haut. Les artres se forment proximit de lendoderme ;celles de laorte dorsale du cot dorsal et celles des arcs aortiques du cot ventral. Les cellules de crte neurale cphalique,msenchymateuses, traversent le msoderme (gris) qui flanque le tube neurale pour atteindre larc branchial. d, e) Schmas decoupes transversales un niveau rostral du corps (d), o la morphogense est plus avance quau niveau caudal du corps (e).Le somite se diffrencie en la sclrotome msenchymateux qui sera travers par la crte neurale et les angioblastes, et en ladermamyotome. Lespace du clome isole et entoure lintestin ; les premiers vaisseaux sanguins se diffrencient entre la noto-chorde et lendoderme. Les aortes dorsales fusionnent ainsi que les veines cardinales postrieures pour donner des structuresuniques et mdianes.

    FIG. 1. a) Human embryo at 23 days post-fertilization with two branchial arches (AB1 and 2) and 19 pairs of somites. Appro-ximate levels of the drawings in B (frame) and C-E (lines for transverse sections) are shown. Rostral to left. b) Diagram of themorphology of the first aortic arches (aa1 and aa2) with respect to other cephalic structures: the brain (pros, prosencephalon; mes,mesencephalon; rh, rhombencephalon), the notochord (ND) and the pharyngeal endoderm (endo). c-e) Some of the ligand/receptorsdiscussed in the text are indicated in italics at the location where they are synthesized. C) Diagram of a transverse section at the levelof a hypothetical branchial arch, dorsal to top. Arteries form close to the endoderm: those of the dorsal aorta on the dorsal side andof the aortic arches on the ventral side. Migrating cephalic neural crest cells penetrate the mesoderm (gray) flanking the neural tubeto fill out the branchial arch. d, e) Diagrams of transverse sections at a rostral (d) or more caudal (e) level of the body, where mor-phogenesis is more advanced in d than e. The somite differentiates into loose sclerotome, through which the trunk neural crest andangioblasts migrate, and the dermamyotome. The space of the coelom isolates and surrounds the intestine; the first blood vessels ofthe body differentiate between the notochord and the endoderm. The dorsal aortae fuse as do the posterior cardinal veins to giverise to unique midline structures.

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    reconnaissent deux familles de ligands, les Deltas oules Jagged/Serrates. Chez lhomme, trois m...

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