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Les cônes de croissanceet leur guidage

Images tirées de « Fundamental Neuroscience », ©Academic Press, 1999Traduction et présentation, © Claude Messier, 1999

Il y a près de 100 ans, Ramon y Cajaldécouvrit l’extrémité des axones encroissance: il les appela cônes de

croissance

À partir d ’observations morphologiquessur des tissus préservés, il réussit à biendeviner leur rôles dans le guidage des

axones vers leur but.

Un peu plus tard Speidel et Harrison purentvisualiser les cônes de croissance in vivochez des embryons de grenouilles ou de

poissons.

Ces études démontrèrent que les cônes decroissance sont les éléments-clés de

l ’élaboration des voies axonales.

• Un axone en croissance dans un médium de cultureest aplati à son extrémité distale. Cette extrémité setermine en forme d’éventail avec de nombreusespetites pointes.

• L ’ensemble de l ’extrémité est appelé cône decroissance

• Les membranes formant l ’éventail s ’appellentlamellipodes

• Les pointes s ’appellent filopodes ou micropointes.

Bien que les cônes de croissance dans les tissus vivantsressemblent souvent à ceux observés en culture in vitro,il n ’est pas rare de trouver des cônes plutôt tubulaires

avec de petites touffes de filopodes.

• On a suggéré que les cônes de croissance pluscomplexes caractérisent les axones dontl ’expansion est lente et qui correspond auchoix entre plusieurs destinations.

• Par contre, les cônes aux morphologies plussimples correspondraient aux cônes enexpansion rapide le long de voies trèspermissives.

En utilisant le microscope électronique, on peutvoir que le domaine périphérique contient surtout

des filaments d ’actine-F et très peud ’organelles.

domainecentral

domainepériphérique

Actine-FFilopode

Lamellipode

Le domaine central contient de nombreusesmitochondries et des empilements de vésicules

multilamellaires. Le nombre de mitochondries révèlel ’amplitude de la dépense d ’énergie demandée par le

mouvement incessant des cônes. Les vésiculesmultilamellaires contiennent les stocks de nouvelles

membranes qui s ’ajoutent à mesure que croît l ’axone.

domainecentral

domainepériphérique

Actine-FFilopode

Lamellipode

Sur ce cliché, on voit lesfibrilles d ’actine avec laterminaison en crochet

orientée vers l ’extérieurdu cône.

A. Cellule d ’aplysie cultivéesur lamelle avec ses cônes decroissance.B. Filopode avec les fibresd ’actine étalé en rayons.L’axone lui-même (en blanc)contient des vésicules, desneurofilaments et desmicrotubules.

Cliché: Kaoru Katoh (Marine Biological Laboratory)

A

B

actine

axone

Résumé• Les cônes de croissance peuvent prendre diverses

apparences morphologiques dépendant de la régionà travers laquelle ils se déplacent.

• Chaque cône a un domaine périphérique avec deslamellopodes et/ou des filopodes et un domainecentral rempli d ’organelles

• La progression du cône de croissance dépend del ’apport continuel de matériel synthétisé dans lecorps cellulaire et transporté le long de l ’axone

Mécanismes de progression des cônes

vitesse deprogression ducône

flux d ’actine-F

• Pour avancer, le cytosquellete d ’actine doits ’attacher à une surface permissive.

Mécanismes de progression des cônes

vitesse deprogression ducône

flux d ’actine-F

• A: L ’actine est polymérisée à la tête du cône• B: puis cette région polymérisée est poussée vers

l ’arrière

A

B

Mécanismes de progression des cônes

flux d ’actine-F

• Le substrat permissif est surtout constitué de laminine-1 et de fibronectine ainsi que des molécules de lasuperfamille des immunoglobulines G ou de cadhérines

Une expérience pour examiner l ’action del ’actine dans la progression des cônes.

• L ’actine dans le cône de croissance est visualiséeavec un microscope de contraste d ’interférencedifférentielle. Le cône est sur un substrat depolylysine auquel l ’actine s ’attache mais ne permetpas la progression du cône.

Une expérience pour examiner l ’action del ’actine dans la progression des cônes.

• L ’addition d ’une drogue, la cytochalasine B, qui empêche lapolymérisation de l ’actine amène la rétraction des filamentsd ’actine de la partie distale du domaine périphérique. (A)

• Puis la zone dénuée d ’actine s ’étend vers l ’intérieur à mesureque l ’actine est transportée vers le centre du cône (B)

A B

Une expérience pour examiner l ’action del ’actine dans la progression des cônes.

• Lorsque l ’on enlève la cytochalasin B, l ’actine-F se remet à sepolymériser à l ’extrémité du cône (A)

• En B, la même image est présenté avec l ’actine-F colorée avec dela falloidine fluorescente (B)

AB

Résumé• Les cônes de croissance avancent grâce à

l ’adhésion de la partie distale à un substratpermissif.

• Cette action produit la polymérisation del ’actine à la limite des lamellipodes.

• En même temps, la dépolymérisation del ’actine à l ’arrière du cône libère la partiearrière du cône qui se rétracte.

Mécanismes du guidage axonal• Le guidage axonal pourrait dépendre de la facilité à

laquelle le cône peut progresser. Donc la qualité dusubstrat permissif amènerait une progression plusrapide dans cette direction

Mécanismes du guidage axonal• Dans la figure A, on peut voir les trajectoires des cônes

de croissance sur un substrat de laminine. À l ’aide derayons UV, on a inactivé la laminine sauf sur une sériede lignes en forme de grille

Mécanismes du guidage axonal• Les cellules s ’établissent et les cônes croissent qu ’aux

endroits où la laminine est intacte.

Mécanismes du guidage axonal• Les cellules s ’établissent et les cônes croissent qu ’aux

endroits où la laminine est intacte.

axones

neurones

Résumé

• Plusieurs facteurs dirigeant les cônes decroissance ont été identifiés in vitro.

• Les obstacles mécaniques ainsi que l ’absencede substrat permissif peut empêcher laprogression des cônes.

• De façon surprenante, ce n ’est pas laconcentration du facteur permissif qui guidel ’axone. L ’axone se déplace vers les endroitsoù le substrat est en concentration suffisantepour permettre la progression. Une plus hauteconcentration ne semble pas être préférée.

Les axones somnt guidés par les actionscoordonnées et simultanées de 4 types de

mécanismes de guidage

attraction chimique

attraction de contact

répulsion de contactindices de courte distance

indice à longue distance

répulsion chimique

• L ’attraction par contact• L ’attraction chimique• La répulsion par contact• La répulsion chimique

Ici, un axone est guidé par la présence d ’attractifschimique (vert) ou de répulsifs chimiques situés

autour ou sur la surface des cellules-guide.

cellule-guide 1

cellule-guide 2

cellule-guide 3

cellule-guide 1

cellule-guide 2

cellule-guide 3

côneaxone

neurone

La répulsion par contact

A

P

A

P

A

P

A

P

NTM

M

• Dans cette image, les axones des neurones moteurs (M)qui sortent par le tube neural ventral projettentuniquement à travers la partie antérieure du sclérotome

La répulsion par contact• Dans cette image, on peut voir un cône de croissance

se repliant complètement après qu ’un axone deneurone sympathique rencontre un axone de neuronerétinien.

• Aucun repli n ’est observé quand deux axones demême provenance se rencontrent.