cours 3: Brain development

Question 1

Blastula

Answer 1

100aine de cellules, vide au milieu.

Question 2

Gastrula

Answer 2

Suit la phase de Blastula, la paroi s’enfonce en blastomères en 3 couches.

Question 3

Quels sont les 3 tissus de la Gastrula?

Answer 3

• Ectoderm: nervous system and sensory organs
• Mesoderm: skeletal system and voluntary muscle (striés)
• Endoderm: guts and digestive system

Question 4

Qu’est-ce qui est formé dans la gastrula dans l’axe dorsale/ventral?

Answer 4

La plaque neurale (neural plate)

Question 5

Qu’est-ce qui est formé dans l’axe antérieure / postérieurs de la gastrula?

Answer 5

Le tube neural (neural tube).

Question 6

Comment s’appelle la maladie la plus connue concernant le tube neural?

Answer 6

Spina Bifida:

• tube neural est défectueux, il ne se ferme pas (supposé de se fermer jour 28 de la grossesse
• concerne 0.04% bébé nés aux US
• Arrive plus souvent si la mère a un déficit de la vitamine B (acide folique B9)

Question 7

Schéma de l’embryo en formation

Answer 7

• Myélencéphale (Bulbe rachidien - medulla)
• Métencéphale (pont et cervellet)
• Mésencéphale (cerveau moyen)
• Diencéphale (thalamus et hypothalamus)
• Télencéphale (cortex)

Question 8

Quels sont les stades de développement Neural?

Answer 8

1. Proliferation neuronale (Neuronal Proliferation – Neurogenesis)
2. Migration neuronale (Neuronal Migration)
3. Determination et differenciation neuronale (Neuronal Determination and Differentiation)
4. Synaptogenese et elimination (Synaptogenesis and Pruning)
5. Connectivite et determination fonctionelle (Connectivity and Functional Determination)
6. Matière blanche – Myelination (White Matter - Myelination)

Question 9

Quelle méthode utilise-t-on pour déterminer la neurogenèse?

Answer 9

Autoradiographic method: cell labeling: radioactively labeled thymidine -> integrate in DNA of dividing cells

Marks neuronal genesis (corticogenesis)

Question 10

Neurogenèse chez les humains

Answer 10

• Begins during first quarter of gestation
• Continue for several months
• Specificity depending on brain area: Neurogenesis in area V1 lasts longer….

In primate, all (99.999%…) neurons present at birth have been produced during middle third of gestation;

Neurogenesis after birth is rare (only in specialized structures; not true of all species - bird who learns a new song to impress female every spring, then nerves liquify in autumn and are constructed again the next spring)

Question 11

Comment se produit la migration neuronal lors de la formation des colonnes corticales?

Answer 11

De l’intérieur vers l’extérieur

Question 12

Combien de couches cellulaires contien le cortex cérébral?

Answer 12

6 couches.

Question 13

Depuis où est-ce que les cellules du cortex cérébral migrent?

Answer 13

Depuis les régions sous-ventriculaires.

Question 14

Dans quelle zone du cerveau est-ce que la neurogénèse à lieu?

Answer 14

Dans l’hippocampe et le bulbe olfactif

Question 15

A quoi servent les cellules gliales radiales lors de la migration neuronale?

Answer 15

Elles servent “d’autoroute” et aident les neurones à migrer au bon endroit.

Question 16

Résumé migration neuronale

Answer 16

• Inside-out pattern
• Time line varies by area, but in primate complete well before birth (happens during 2nd trimester)
• Determines the exact cortical lamination
• Disruption of neuronal migration leads to ill constructed cortex
  
  • – Fetal alcohol syndrom

Question 17

Qu’est-ce qui est la Heterotopia?

Answer 17

Collection of gray matter in abnormal location due to arrest of radial migration (double cortex)

Question 18

Qu’est-ce que dit l’hypotèse d’unité radiale?

Answer 18

Pour avoir un cerveau plus grand, p.ex. l’éléphant fait plus de cycles de division depuis le même domaine de division dans la zone ventriculaire.

=> exponential growth

=> small changes in cell division leads to large changes in cortex size

Question 19

Neurogenèse et migration durant la vie

Answer 19

• Long thought impossible
• Now well established in the hippocampus (dentate gyrus) and the olfactory bulb
• New neurons make connections in network and become functional
• Neurogenesis is greater in animals that are active (physical exercise, exploration behavior, enriched cages) rather than deprived

Question 20

Quelle est la méthode pour vérifier la neurogenèse en cours de vie?

Answer 20

• Need a marker of cell division: BrdU - form of Thymidine
• Need to check that newly formed cell is a NEURON (not a glial cell): Neuronal marker – NeuN
• New neurons only when the two markers co-localize…
• On peut faire cette méthode que sur des personnes en phase terminale de cancer.

Question 21

Determination and Differentiation

Answer 21

• Cells in VZ (ventricular zone) are homogeneous, yet differentiate into different brain structures….
• Neuron type (structure!) determined at point of cell division, not by its surrounding:
• Prevent neuron to migrate (chemically) - still display the connectivity corresponding to its time of genesis
• Transplant Studies

Question 22

Comment sait-on que fonction/migration d’un neurone est déterminé par le moment de sa naissance et non de son environnement?

Answer 22

On a transplanté un neurone produit d’un donneur jeune dans un organisme un peu plus âgé, (on le marque) et on voit que ce neurone va là où il serait allé dans le donneur - donc il ne migre pas aussi loin que ses neurones voisins.

Question 23

Synaptogenèse

Answer 23

• Time when new synapses are formed
• Different time line for different tissue
• Followed by synaptic pruning
• Important because defines overall connectivity (sculpting of the brain…)

Question 24

Synaptogenèse - qu’est-ce qui veut dire que son time line is area specific?

Answer 24

• les synapses dans le cortex sensoriel se forment avant celles du cortex frontal

Question 25

Comment peut-on mesurer la densité des synapses - synaptogenèse?

Answer 25

PET - positron emission tomography: PET at rest at different ages (steady state glucose utilization) - the more synapses the greater the glucose consumption

Question 26

Procédure PET

Answer 26

* PET at rest at different ages (steady state glucose utilization) * Quantify synaptogenesis by increased glucose utilization Peak of synaptogenesis at different times for different regions – Primary and Motor cortices – Hippocampal and Cingulate cortices – Association cortices – Prefrontal cortex

Question 27

Quelles sont les avantages et les désavantages de la PET?

Answer 27

* Functional link not well established: between synaptic count and plasticity of function * Measure is too global: Creation and pruning of synapses does not happen at the same time in different cortical layers * PLUSES: Can show synaptogenesis down-regulated in adult cortex (synaptic over-expression ONLY early during development)