Le tissu nerveux. (1 partie)

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1 (1 partie) PACES ANNEE UNIVERSITAIRE ENSEIGNANT : Professeur B. BLOCH 1

2 Plan du cours Introduction et généralités; organisation et analyse morphologique du tissu nerveux Le neurone : structure, organisation et fonctions - Caractéristiques structurales générales et organisation - Les différents compartiments du neurone Les cellules gliales - Les astrocytes - Les oligodendrocytes et les cellules de Schwann - Les cellules microgliales - Les cellules épendymaires et les plexus choroïdes Modèles d organisation du tissu nerveux - Le cortex cérébral et la mœlle épinière - Le nerf périphérique - Les neurones du tube digestif Vie et mort des neurones - Les cellules souches et les cellules neuroépithéliales - La mort neuronale - Réparation neuronale 2

3 Plan du cours Introduction et généralités; organisation et analyse morphologique du tissu nerveux. Le neurone : structure, organisation et fonctions : - Caractéristiques structurales générales et organisation - Les différents compartiments du neurone Les cellules gliales : - Les astrocytes - Les oligodendrocytes et les cellules de Schwann - Les cellules microgliales - Les cellules épendymaires et les plexus choroïdes Modèles d organisation du tissu nerveux : - Le cortex cérébral et la mœlle épinière - Le nerf périphérique Vie et mort des neurones : - Les cellules souches et les cellules neuroépithéliales - La mort neuronale - Réparation neuronale 3

4 Niveaux d analyse morphologique du tissu nerveux ANATOMIE Neuroimagerie»in vivo» Scanner- IRM-PET Scan Neuroanatomie (Autopsie-Analyse post-mortem) Territoires ( Cortex cérébral : Aires corticales) Substance blanche, Substance grise) HISTOLOGIE Microscopie optique (faible grossisssement) Territoires (détails) Cortex cérébral ; moëlle épinière Substance blanche ; Substance grise 4

5 Niveaux d analyse morphologique du tissu nerveux (suite) HISTOLOGIE Microscopie optique (fort grossissement) Cellules, vaisseaux, Neurones, Cellules gliales,. MICROSCOPIE ELECTRONIQUE Détails des composants subcellulaires Synapses, myéline, capillaires, dépôts, virus. 5

6 Niveaux d organisation du tissu nerveux (1) CONSTITUANTS DU TISSU NERVEUX Les neurones, organisés en réseaux (synapses) Les cellules gliales Les vaisseaux sanguins (capillaires) Chez le nématode (C. elegans) 302 neurones 7000 synapses gènes ORGANISATION DU TISSU ET DU SYSTEME NERVEUX (VERTEBRES) Système nerveux central (encéphale et mœlle épinière) Système nerveux périphérique (nerfs et ganglions) Système nerveux somatique, de la vie de relation Système nerveux autonome (végétatif) Chez l homme Substance grise Substance blanche Ventricules. Canal épendymaire Liquide céphalo-rachidien, plexus choroïdes, méninges 15 milliards de neurones synapses par neurones gènes exprimés 6

7 Origine et différenciation du tissu nerveux débute sa formation au cours de la neurulation ( 3 semaine du développement) par l apparition du neurectoblaste. Les cellules neuroépithéliales (formant le neurectoblaste) sont des cellules précurseurs à l origine des neurones et des cellules gliales (sauf les cellules microgliales). Neurectoblaste Tube neural et crêtes neurales Neurulation 7

8 Organisation générale du système nerveux Homme Drosophile 8

9 Niveaux d organisation du tissu nerveux (2) Neurones Localisation Géométrie Connectivité Equipement en neurotransmetteurs et récepteurs Ensembles neuronaux ( Noyaux, centres, aires ) (Substance grise) Réseaux, circuits ( Voies) (Substance blanche) Fonction(s); Réponses adaptées; dysfonctions Vision; motricité; mémoire; sommeil; douleur 9

10 Aspects de l organisation du tissu nerveux (cortex cérébral) Ensembles neuronaux Voies et réseaux Synapses 10

11 Organisation du tissu nerveux et relations cellulaires (système nerveux central) Limitante gliale Astrocyte Neurone Barrière hémato-encéphalique Oligodendrocyte (myéline) Microglie Cellules épendymaires 11

12 Organisation du tissu nerveux dans le système nerveux central La substance blanche et la substance grise Dans le système nerveux central, on distingue à l examen du cerveau, la substance blanche et la substance grise, en fonction de leur couleur. Organisation anatomique, et composants et fonctions de nature différentes. On trouve dans chacune, des composants neuronaux, des cellules gliales et des vaisseaux La substance grise comporte les corps cellulaires des neurones et les dendrites, les extrémités des axones et les synapses. C est le siège des communications interneuronales. La substance blanche comporte les axones myélinisés et non myélinisés. C est la myéline qui donne à la substance blanche sa couleur spécifique. C est le territoire de propagation de l influx nerveux La physiologie et les pathologies des substances blanche et grise sont différentes 12

13 Substance blanche et substance grise (Encéphale et moelle épinière) Substance grise (Cortex cérébral) Substance blanche (corps calleux) Cavités ventriculaires (Plexus choroïdes) Canal épendymaire Liquide céphalo-rachidien Substance grise (Cornes de la mœlle épinière) Substance blanche (cordons médullaires) 13

14 Substance blanche et substance grise ( Moelle épinière) Substance grise Corps cellulaires Dendrites Synapses Extrémités des axones Substance blanche Axones Myéline 14

15 Modalités d analyse morphologique du tissu nerveux Histologie classique - Colorations signalétiques (nombre et aspect des corps cellulaires des neurones et des cellules gliales)(crésyl violet) - Colorations argentiques (sels d argent) (aspect et forme des neurones) - Microscopie électronique (ultrastructure; synapses; vaisseaux; virus; ) Histologie moléculaire - Marqueurs de populations cellulaires (cellules gliales, neurones,...) (immunohistochimie) - Visualisation des neurotransmetteurs (immunohistochimie, hybridation «in situ») - Visualisation des récepteurs aux neurotransmetteurs (immunohistochimie, binding (liaison), hybridation «in situ») Imagerie cérébrale «in vivo» - Imagerie fonctionnelle (Scanner, IRM) - Imagerie moléculaire (PET Scan) 15

16 Histologie classique : (cervelet) Crésyl violet (substance grise) Coloration de la myéline; substance blanche (colorée en noir) Coloration argentique (neurone) 16

17 Histologie classique : (nerf périphérique) Sections d axones myélinisés Gaine de myéline 17

18 Histologie moléculaire Ocytocine Immunohistochimie Détection de neurotransmetteurs Technique de «binding (liaison)» avec un traceur radioactif Détection de récepteurs aux neurotransmetteurs Hybridation «in situ» Détection d ARN messagers de neurotransmetteur (neuropeptide) GABA 18

19 Imagerie fonctionnelle et moléculaire «in vivo» Détection de récepteurs de la dopamine avec un traceur radioactif par tomographie par émission de positons (PET scan) Scanner Tomodensitométrie) Imagerie par résonance magnétique (IRM) Mise en évidence des aires de la vision par leur vascularisation 19

20 Introduction et généralités; organisation et analyse morphologique du tissu nerveux Le neurone : structure, organisation et fonctions : - Caractéristiques structurales générales et organisation - Les différents compartiments du neurone Les cellules gliales : - Les astrocytes - Les oligodendrocytes et les cellules de Schwann - Les cellules microgliales - Les cellules épendymaires et les plexus choroïdes Modèles d organisation du tissu nerveux : - Le cortex cérébral et la moelle épinière - Le nerf périphérique Vie et mort des neurones : - Les cellules souches et les cellules neuroépithéliales - La mort neuronale - Réparation neuronale 20

21 Le neurone Structure, organisation et fonctions Caractéristiques structurales générales et organisation. Les différents compartiments du neurone. - Le corps cellulaire - Les dendrites - L axone - Les synapses 21

22 Le neurone : Est une cellule hautement compartimentée (anatomiquement et fonctionnellement), (corps cellulaire, axone, dendrites, synapses), qui peut être caractérisée par différents paramètres spécifiques : - Sa localisation dans le système nerveux - Sa géométrie (taille, forme prolongements) - Ses connexions (appartenance à un circuit) - La nature des molécules qu elle produit et qui assurent la transmission de l information (neurotransmetteurs et récepteurs). Est une cellule excitable. Le neurone : Généralités Est responsable de la transmission de l information au niveau des synapses (ou équivalent). Classification - Selon l aspect et la forme. - Selon la nature du (des) neurotransmetteurs qu il produit. - Selon son activité (excitateur ou inhibiteur). - Selon sa place dans un réseau. Neurones afférents (apportent l information au système nerveux) (ex : neurones sensoriels des organes des sens) Interneurones (contribuent aux circuits et les régulent) (ex: cellule de Renshaw) Neurones efférents (émettent une réponse) ( ex: motoneurone alpha) (moteurs) Neurones sécrétoires (hypothalamus) 22

23 Caractéristiques structurales des neurones N unipolaire Pseudo-unipolaire N bipolaire Dendrites Corps cellulaire (Péricaryon) N multipolaire Collatérale Axone (girafe) Cellule post-mitotique; taille, forme générale et aspect très variable. Un seul axone (long ou court) (myélinisé ou non) (avec ou sans collatérale). Une ou plusieurs dendrites. Production de neurotransmetteur(s) spécifique(s) de chaque population neuronale. Un neurone émet et reçoit généralement de très nombreuses synapses. Terminaisons axonales 23

24 Exemples de neurones (coloration argentique) Cellule de Purkinje (cervelet) Neurone pyramidal (cortex cérébral) Dendrites Dendrites Axone Axone Motoneurone alpha (mœlle épinière) 24

25 Caractéristiques structurales générales Synapses axo-dendritiques Collatérale Synapses Axo-somatiques Synapses Axo-axonales Gaine de myéline Nœuds de Ranvier Dendrites Epines dendritiques (de Cajal) Terminaisons axonales 25

26 Le corps cellulaire Aspect en microscopie optique Cytosquelette (Coloration argentique) Forme et taille très variable (diamètre de 5 à 100 mm). Machinerie biosynthétique très active (en particulier protéosynthèse) fournissant des constituants à l ensemble du neurone. Cytosquelette très développé. Membrane plasmique complexe recevant des synapses. Noyau Nucléole Cellule de Purkinje Grain Corps de Nissl (Crésyl violet) 26

27 Le corps cellulaire. Ultrastructure Synapses axo-somatiques Membrane plasmique Réticulum endoplasmique (granuleux, lisse) Appareil de Golgi Cytosquelette Vésicules (neurotransmetteurs) Mitochondries Lysosomes Boutons synaptiques Pigments (lipofuschines; neuromélanine) Axone (segment initial) 27

28 Principales classes de molécules synthétisées par le corps cellulaire Protéines du cytosquelette Molécules impliquées dans la neurotransmission Protéines impliquées dans la différenciation et la (sur)vie des neurones 28

29 Constituants Les protéines du cytosquelette Microtubules (neurotubules) : Tubuline et protéines associées : tau; MAP2; dynéine; kinésine. Microfilaments : Actine et protéines associées. Neurofilaments (Filaments intermédiaires ) Autres protéines Protéines d ancrage membranaires et synaptiques : synapsines,..). Fonctions Transports intraneuronaux - Axonal - Dendritique Ancrage des protéines membranaires Exocytose des vésicules synaptiques 29

30 Molécules impliquées dans la neurotransmission Neurotransmetteurs Enzymes de biosynthèse des neurotransmetteurs Enzymes de dégradation des neurotransmetteurs Récepteurs aux neurotransmetteurs Transporteurs (membranaires, vésiculaires) 30

31 Les neurotransmetteurs Neurotransmetteurs classiques (petites molécules) - Acétylcholine (nicotine; curare) - Acides aminés et dérivés - Glutamate - Acide Gamma Aminobutyrique (GABA). - Monoamines : Sérotonine (Prozac) Dopamine; noradrénaline; adrénaline (catécholamines) (Cocaïne, IMAO) Neurotransmetteurs peptidiques (plusieurs centaines) - Endorphines (dérivées de la pro-opio-mélanocortine) (morphine) - Somatostatine - Vasopressine; ocytocine - Neurotensine; cholécystokinine; Vocabulaire Autres neurotransmetteurs - Adénosine (caféine). - Monoxyde d azote (Arginine)( Viagra). - Neurostéroïdes - Anandamide (cannabis) Neurotransmetteur Neuromodulateur Neuromédiateur Molécule signal 31

32 Synthèse de quelques neurotransmetteurs Choline + AcétylCoenzyme A Acétylcholine + CoA Choline acétyltransférase Glutamate Décarboxylase de l acide glutamique Acide Gamma Amino Butyrique (GABA) Tyrosine L-DOPA Tyrosine hydroxylase DOPA décarboxylase Pro-opiomélanocortine ACTH; MSH; B-endorphine Dopamine Dopamine béta hydroxylase Noradrénaline Monoxyde d azote (NO) (Arginine) Adrénaline PNMT Adénosine 32 Le neurone

33 Les récepteurs aux neurotransmetteurs Les récepteurs aux neurotransmetteurs sont des récepteurs membranaires, soit des récepteurs couplés aux protéines G (métabotropiques), soit des récepteurs canaux (ionotropiques). Un même neurotransmetteur agit par l intermédiaire de plusieurs récepteurs distincts codés par des gènes d une même famille. (jusqu à plusieurs centaines de récepteurs pour un même neurotransmetteur). Récepteurs associés aux protéines G (Métabotropiques) ( A 7 segments transmembranaires) Un même neurone possède de très nombreux récepteurs apparentés, mais différents, pour des neurotransmetteurs distincts, dans des localisation membranaires variables Protéine (corps G cellulaire, axone, dendrites). Récepteur canal Composé de cinq sous-unités protéiques. Récepteurs canaux (Ionotropiques) Canal sodium, potassium, chlore, calcium Composé de 5 sous-unités Effecteurs Récepteur associé aux protéines G. Composé d une seule protéine associée à des effecteurs. NT Effecteurs 33

34 Mise en évidence de récepteurs aux neurotransmetteurs Détection de récepteurs des endorphines (technique de binding (liaison) Moelle épinière Encéphale Complexité des récepteurs L exemple des récepteurs de l acétylcholine Récepteurs nicotiniques (canaux) Un seul au niveau de la plaque motrice. Plusieurs centaines différents dans le système nerveux central. Détection de récepteurs sur la membrane d un neurone par immunohistochimie (microscopie optique et électronique) Récepteurs muscariniques (métabotropiques) (cinq). 34

35 Autres molécules impliquées dans l activité des neurotransmetteurs synthétisées par le corps cellulaire Enzymes de dégradation des neurotransmetteurs Monoamines : Monoamine oxydases (MAO) (Inhibiteurs des MAO) Acétylcholine : Acétylcholinestérase Transporteurs membranaires et vésiculaires des neurotransmetteurs Transporteurs des monoamines (Cocaïne; Prozac) Transporteurs du glutamate 35

36 Protéines impliquées dans la différenciation et la (sur)vie des neurones. Les facteurs de croissance du tissu nerveux (Facteurs neurotrophiques) Sont produits par les neurones mais aussi d autres cellules (cellules gliales,..). Agissent par l intermédiaire de récepteurs membranaires spécifiques. Stimulent la prolifération et la différenciation d une population neuronale donnée au cours du développement. Favorisent la croissance axonale. Favorisent la (sur)vie neuronale à l âge adulte. NGF : Nerve Growth Factor BDNF : Brain Derived Growth Factor CNTF : Ciliary Neurotrophic Factor 36