Morphogenèse Cranio-‐Faciale et Odontogenèse UE Spécifique Odontologie -‐ Première Année Commune aux Etudes de Santé Année 2013-‐2014 Chapitre 4 : FormaGon du squeleHe crânio-‐facial FormaGon du squeleHe cranio-‐facial ObjecGfs : acquérir les connaissances suffisantes pour comprendre : -‐ les mécanismes biologiques impliqués dans la mise en place du squele7e cranio-‐facial la migra9on des cellules des crêtes neurales la différencia9on en cellules spécialisées -‐ les aspects cellulaires et moléculaires de l’ostéogenèse et de la croissance osseuse -‐ les mécanismes de régula9on par des facteurs de transcrip9on facteurs de croissance spécifiques Appréhender des pathologies responsables de malforma9ons FormaGon du squeleHe cranio-‐facial Plan du cours I. Origine des cellules du squele7e cranio-‐facial : rappels II. Contrôles géné9ques de la squele7ogenèse cranio-‐faciale III. Différents mécanismes d’ossifica9on IV. Voûte crânienne : le neurocrâne membraneux V. Base du crâne : le chondrocrâne VI . La mandibule VII. Car9lages secondaires de la mandibule FormaGon du squeleHe cranio-‐facial I. Origine des cellules du squeleHe cranio-‐facial rappels embryologiques I. Origine des cellules du squeleHe cranio-‐facial Evénements importants entre 18-‐21j Différencia9on du neuroectoderme forma9on des crêtes neurales fermeture du tube neural I. Origine des cellules du squeleHe cranio-‐facial Principales structures dérivées des cellules des crêtes neurales Crâniales Neurones cellules gliales crâniens Troncales Mélanocytes Ostéoblastes, Os /car9lage Neurones sensi9fs Chondroblastes et glie Odontoblastes Tissus conjonc9fs Glande surrénale Cémentoblastes Dents et Tissus parodontaux (sauf émail) I. Origine des cellules du squeleHe cranio-‐facial Différencia9on du mésoderme en quatre masses Ectoderme Tube neural Mésoderme latéral Mésoderme intermédiaire § Mésoderme paraxial Mésoderme chordal I. Origine des cellules du squeleHe cranio-‐facial le tube neural céphalique à 3 vésicules Rhombomères 1 Mésencéphale Proencéphale BNF 2 3 4 5 6 7 8 Rhombencéphale 1 2 3 Arcs pharyngés I. Origine des cellules du squeleHe cranio-‐facial Rhomb Mésencéphale Proencéphale encép h ale R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 AP2 AP3 AP1 BNF ectomésenchyme Ostéoblastes Chondroblaste Odontoblastes I. Origine des cellules du squeleHe cranio-‐facial Frontal Pariétal Crêtes neurales Mésoderme latéral Mésoderme paraxial Massif facial Temporal squamosal Temporal Occipital pétreux I. Origine des cellules du squeleHe cranio-‐facial Squele7e axial Squele7e appendiculaire Squele7e cranio-‐facial Os pariétaux base du crâne SqueleHe facial, os frontal CCNc Mésoderme paraxial Mésoderme latéral I. Origine des cellules du squeleHe cranio-‐facial II. Contrôle généGque de la squeleHogenèse cranio-‐faciale Mésencéphale CCNs Hox - R1 R2 R3 R4 BNF CCNs Hox + AP1 AP2 Proencéphale II. Contrôle généGque de la squeleHogenèse cranio-‐facial Développement du squele7e des 2 premiers arcs pharyngés er arc pharyngé 1 R2 R3 CarGlage de Meckel Malleus Incus Os membraneux Os endochondraux Msx, Dlx,… HoxA-‐2 R4 R5 CarGlage de Reichert Hox-‐ Hox+ Stapes Apophyse styloïde 2ème arc pharyngé Os endochondraux II. Contrôle généGque de la squeleHogenèse cranio-‐facial III. Différents mécanismes d’ossificaGon Neurocrâne -‐ Membraneux = desmocrâne ó voûte crânienne = calvarium Origine CCNc + mésodermique -‐ Car9lagineux = chondrocrâne ó base du crâne Origine mésodermique Viscérocrâne Os de la face ó maxillaires, fosses nasales, oreille moyenne Origine : CCNc III. Différents mécanismes d’ossificaGon L’ossificaGon primaire, à par9r d'un 9ssu mésenchymateux (ossifica9on membraneuse) à par9r d'une ébauche car9lagineuse (ossifica9on endochondrale) L’ossificaGon secondaire, à par9r d'un 9ssu osseux déjà cons9tué (os primaire) L’ossificaGon terGaire, correspondant chez l'adulte au remodelage osseux permanent. 1 5 III. Différents mécanismes d’ossificaGon Les mécanismes d'ossificaGon primaire Débute durant la vie embryonnaire -‐ foetale Moments variables suivant les pièces osseuses Contraintes mécaniques faibles. Ostéoblastes à 9ssu osseux primaire, +/-‐ fibreux et peu orienté Existence temporaire OssificaGon membraneuse OssificaGon endochondrale III. Différents mécanismes d’ossificaGon ReprésentaGon schémaGque des différentes étapes de la mise en place du squeleHe cranio-‐facial 1) Morphogenèse Migra9on Cellules mésenchymateuses Condensa9on Proliféra9o n III. Différents mécanismes d’ossificaGon 1) Morphogenèse 2) Histo-‐différenciaGon Cellules mésenchymateuses Condensa9on mésenchymateuse Sox5 Sox6 Sox9 Chondrocyte Runx2 Osterix Ostéoblaste III. Différents mécanismes d’ossificaGon Modes d’ossificaGon du squeleHe crânio-‐facial Frontal Ethmoïde Sphénoïde Zygoma9que Maxillaire Mandibule OssificaGon membraneuse OssificaGon endochondrale Pariétal Occipital Temporal Maleus, Incus, Stapes Apophyse styloïde III. Différents mécanismes d’ossificaGon IV. Développement et ossificaGon de la voûte crânienne IV. Développement et ossificaGon de la voûte crânienne 4.1. L’ossificaGon membraneuse de la voûte crânienne Au sein du mésenchyme à Forma9on d’un modèle conjonc9f riche en fibres de collagène irrégulières. ó voûte membraneuse du crâne Appari9on de centres d'ossifica9on ó aux futurs os Pénétra9on de vaisseaux Croissance des centres d’ossifica9on Le 9ssu conjonc9f fibreux à périoste Pariétal Frontal IV. Développement et ossificaGon de la voûte crânienne 4.1. L’ossificaGon membraneuse de la voûte crânienne Ossifica9on directe : Cellules mésenchymateuses à ostéoblastes 1ère étape: dépôt de la Matrice ostéoïde Ostéoblastes Ca++ PO4-‐-‐-‐ 2ème étape : MinéralisaGon Os calcifié IV. Développement et ossificaGon de la voûte crânienne 4.1. L’ossificaGon membraneuse de la voûte crânienne Ostéoblastes Ostéoïde Os minéralisé Ostéocytes IV. Développement et ossificaGon de la voûte crânienne 4.1. L’ossificaGon membraneuse de la voûte crânienne vaisseau sanguin mésenchyme ostéoblastes Microscopie opGque Colora9on Hématoxiline éosine ostéocyte os minéralisé ostéoïde IV. Développement et ossificaGon de la voûte crânienne 4.2. RégulaGon de la différenciaGon ostéoblasGque Dlx-‐2 Dlx-‐5 Wnt ß-‐caténine Msx2 Stat1 - Runx2 Runx2 Cellule Ostéo mésenchymateuse progéniteur BMP FGF PROLIFERATION + Runx2 Runx2 Pré Ostéoblaste ostéoblaste Osterix BMP FGF BMP FGF DIFFERENCIATION FONCTION IV. Développement et ossificaGon de la voûte crânienne 4.2. RégulaGon de la différenciaGon ostéoblasGque Runx2 : le gène maître de la différenciaGon ostéoblasGque Se fixe sur l’ADN via une séquence consensus située sur le promoteur de ses gènes cibles Régule des gènes impliqués dans l’engagement cellulaire vers la voie ostéoblas9que : TGF-‐β-‐R1 Collagène de type I Phosphatase alcaline Régule aussi des gènes exprimés plus tardivement, lors de la minéralisa9on osseuse : Ostéopon9ne BSP (sialoprotéine osseuse) Ostéocalcine Faiblement exprimé par les ostéoblastes matures IV. Développement et ossificaGon de la voûte crânienne 4.2. RégulaGon de la différenciaGon ostéoblasGque Dysplasie Cleïdo-‐cranienne Muta9on hétérozygote de Runx2 Nanisme dysplasie des clavicules Hypoplasie des maxillaires, dents surnuméraires IV. Développement et ossificaGon de la voûte crânienne 4.3. Principaux marqueurs exprimés lors de la différenciaGon ostéoblasGque Rôle des facteurs systémiques Les hormones les plus importantes contrôlant l’ostéoforma9on : -‐ hormone parathyroïdienne (PTH) -‐ hormones sexuelles (oestrogènes) -‐ glucocor9coïdes -‐ hormone de croissance -‐ vitamine D IV. Développement et ossificaGon de la voûte crânienne 4.4. Rôle des sutures membraneuses dans la croissance de la voûte crânienne Suture Centre d’ossificaGon de l’os frontal Centre d’ossificaGon de l’os pariétal IV. Développement et ossificaGon de la voûte crânienne 4.4. Rôle des sutures membraneuses dans la croissance de la voûte crânienne Fontanelles et sutures crâniennes Os frontal AVANT Suture métopique Fontanelle antérieure (bregma) Fontanelle postérieure (lambda) Os occipital Suture coronale Os pariétal Suture sagi7ale Suture lambdoïde ARRIÈRE IV. Développement et ossificaGon de la voûte crânienne 4.4. Rôle des sutures membraneuses dans la croissance de la voûte crânienne Morphogenèse suturale Morphogenèse Établissement de la suture Croissance Contact IV. Développement et ossificaGon de la voûte crânienne 4.4. Rôle des sutures membraneuses dans la croissance de la voûte crânienne OrganisaGon d’une suture de la voûte cranienne ! suture membraneuse ou synfibrose Front d’ossifica9on * * * * Os * * * * * * * * * * * Mésenchyme sutural Os Dure mère IV. Développement et ossificaGon de la voûte crânienne 4.4. Rôle des sutures membraneuses dans la croissance de la voûte crânienne RégulaGon de la morphogenèse des sutures craniennes : ! croissance suturale suture Signaux ostéogéniques perme7ant la croissance (TGF-‐β, BMP, FGF, FGFR) Dure Mère Signaux perme7ant le main9en du mésenchyme sutural (Msx-‐2, Twist) Dure Mère Forces mécaniques : croissance du cerveau à croissance osseuse IV. Développement et ossificaGon de la voûte crânienne 4.4. Rôle des sutures membraneuses dans la croissance de la voûte crânienne Quelques exemples de craniosténoses A : Crâne normal d’un nSuture ouveau-‐né Os frontal Fontanelle antérieure métopique Suture coronale Suture sagi7ale Os pariétal Fontanelle postérieure Os occipital B : Scaphocéphalie Suture lambdoïde Fusion de la suture sagi7ale C : Trigonocéphalie D : Plagiocéphalie Fusion de la suture métopique Fusion unilatérale de la suture coronale IV. Développement et ossificaGon de la voûte crânienne 4.5. Croissance apposiGonnelle : rôle du périoste à Les ostéoblastes situés sous le périoste sécrètent une matrice osseuse sur la surface externe de l’os à Les ostéoclastes situés dans la par9e endocrânienne résorbent l’os + + + + + + + + -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ à Explica9on de la décourbure progressive Apposi9on osseuse Résorp9on osseuse IV. Développement et ossificaGon de la voûte crânienne V. Développement du chondrocrâne V. Développement du chrondrocrâne 4ème semaine : le mésenchyme issu du mésoderme paraxial se condense entre le cerveau en développement et l’ectoderme Le neurocrâne car9lagineux (chondrocrâne) ó une série de points de car9lage à fusion à ossifica9on endochondrale Forme la base du crâne Chondrocrâne postérieur Chondrocrâne antérieur Vue supérieure V. Développement du chrondrocrâne Chondrocrâne en vue latérale Mésethmoïde Présphénoïde Septum nasal Neurocrâne Chondrocrâne Viscérocrâne Vomer Maxillaire Postsphénoïde Basi occipital V. Développement du chrondrocrâne 5.1. RégulaGon de la différenciaGon chondrocytaire Chondroprogéniteur Sox9 BMPs FGFs IGF-‐1-‐2 Condensa9on cellulaire N-‐CAM N-‐cadhérines Chondrocyte différencié Collagènes IIB, IX, XI, Agrécane Sox9 Sox9 Sox 5, sox 6 Collagène I Collagène IIA Chondrocyte proliféra9f Runx2 Chondrocyte hypertrophique Runx2 Car9lage calcifié Collagène X, MMP-‐13 VEGF V. Développement du chrondrocrâne 5.1. RégulaGon de la différenciaGon chondrocytaire Sox9 : le gène maître chondrocytaire Sox9 ó facteur de transcrip9on exprimé dans les condensa9ons mésenchymateuses préchondrogéniques les chondrocytes proliféra9fs. Non exprimé par les chondrocytes hypertrophiques Dysplasie Campomélique est une maladie géné9que humaine muta9on hétérozygote de Sox9 Caractérisée par un nanisme + diverses malforma9ons osseuses et car9lagineuses V. Développement du chrondrocrâne 5.2. Mécanisme d’ossificaGon endochondrale de la base du crâne Périchondre Chondrocytes hypertrophiques Vaisseaux sanguins Car9lage * * * * * * * * * * calcifié * * * * * Invasion vasculaire du carGlage calcifié Chondroclaste… Périoste RésorpGon du carGlage calcifié Remplacement du carGlage par de l’os V. Développement du chrondrocrâne 5.3. Mécanisme d’ossificaGon endochondrale de la base du crâne Résumé des différentes étapes de l’ossificaGon endochondrale Chondrogenèse à ébauche car9lagineuse Différencia9on terminale des chondrocytes à hypertrophique Calcifica9on de la matrice car9lagineuse Invasion vasculaire du car9lage calcifié Résorp9on de la matrice car9lagineuse Remplacement du car9lage par de l’os V. Développement du chrondrocrâne 5.4. Les sutures carGlagineuses de la base du crâne ou synchondroses Structure macroscopique Synchondrose ó Suture car9lagineuse Périchondre Périoste Différentes des sutures fibreuses de la voûte du crâne 43 V. Développement du chrondrocrâne 5.4. Les sutures carGlagineuses de la base du crâne ou synchondroses OrganisaGon histologique d’une synchondrose Os Os Chondrocytes Chondrocytes endochondral endochondral proliféra9fs proliféra9fs Chondrocytes Chondrocytes Synchondrose hypertrophiques hypertrophiques V. Développement du chrondrocrâne 5.5. Le chondrocrâne antérieur masque de « loup de carnaval » Capsule nasale Par9e latérale de la capsule nasale Septum nasal Trou op9que Car9lages de Reichert Car9lages de Meckel V. Développement du chrondrocrâne 5.5. Le chondrocrâne antérieur Capsule nasale Coupe coronale Par9e latérale de la capsule Car9lage du septum nasal Car9lage Voméro-‐nasal Processus pala9n Cavité nasale Cavité orale V. Développement du chrondrocrâne 5.5. Le chondrocrâne antérieur septum nasal (coupe sagiHale) Frontal Os nasal Ethmoïde Car9lage du septum nasal Maxillaire Vomer Os nasal Car9lage nasal Quadrangulaire non ossifié Pala9n Stade embryonnaire organisateur et inducteur de la croissance des maxillaires Frontal lame ver9cale de l’ethmoïde Corps du sphénoïde Vomer Maxillaire Pala9n Fin de croissance V. Développement du chrondrocrâne 5.5. Le chondrocrâne antérieur L e c a r G l a g e d e M e c k e l 1er arc pharyngé V. Développement du chrondrocrâne 5.5. Le chondrocrâne antérieur : Le carGlage de Meckel T u t e u r d e l ’ o s s i fi c a G o n d e l a m a n d i b u l e CarGlage de Meckel Nerf mandibulaire Branche linguale Branche alvéolaire Centre d’ossifica9on Branche incisive Branche mentonnière V. Développement du chrondrocrâne VI. OssificaGon du corps de la mandibule mise en place des cryptes dentaires et de l’os alvéolaire VI. OssificaGon du corps de la mandibule Corps de la mandibule Car9lage de Meckel se forme en dehors du cartilage de Meckel par ossification membraneuse à lames externe et interne VI. OssificaGon du corps de la mandibule mise en place des cryptes dentaires et de l’os alvéolaire Palais Germe dentaire Langue Crypte osseuse Nerf mandibulaire Car9lage de Meckel VI. OssificaGon du corps de la mandibule Devenir du carGlage de Meckel Incus Malleus Corpus mandibulaire Car9lage de Meckel 1er arc pharyngé 2ème arc pharyngé 3ème pharyngé Stapes Car9lage de Reichert Os Hyoïde VI. OssificaGon du corps de la mandibule VII. CarGlages secondaires de la mandibule Appari9on vers le 3ème ou 4ème mois Car9lages angulaires coronoïdiens condyliens Dispari9on 6 à 8 mois naissance 21 ans
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