Soutenance mémoire
La rétine
Structure de la rétine
La vision est l’un des cinq sens développés chez l’être humain, c’est le sens dédié à la perception de la lumière. Cette perception est rendue possible grâce à l’organe visuel, l’œil et plus particulièrement par le capteur, la rétine. La rétine qui tapisse le fond de l’œil est composée de deux tissus, la rétine neurale et l’épithélium pigmentaire rétinien (Figure 1). Par abus de langage la rétine neurale est communément appelée rétine, il en sera donc ainsi dans ce mémoire. La rétine est le lieu de traduction du message lumineux venant de l’extérieur, en signaux nerveux envoyés au cerveau via le nerf optique. Il s’agit d’un tissu neuronal très fin, partie intégrée au système nerveux central, de 0,1 à 0,5 mm d’épaisseur qui est localisé entre l’humeur vitrée et l’épithélium pigmentaire rétinien (EPR). La rétine possède une structure stratifiée dans laquelle on distingue 5 types de neurones (photorécepteurs, cellules bipolaires, cellules amacrines, cellules horizontales et cellules ganglionnaires) et 3 types de cellules gliales (cellules gliales de Müller, astrocytes et microglies). Ces différents types cellulaires sont organisés en 5 couches nucléaires (Figure 2) : La couche nucléaire externe contenant le corps cellulaire des photorécepteurs La couche plexiforme externe qui est formée par les jonctions synaptiques entre les photorécepteurs et les cellules de la couche inférieure La couche nucléaire interne contenant le corps cellulaire des cellules horizontales, bipolaires et amacrines La couche plexiforme interne, qui fait la jonction synaptique des cellules bipolaires et des cellules ganglionnaires La couche des ganglionnaires, qui se compose essentiellement des cellules ganglionnaires et de quelques cellules amacrines.
Les neurones
Les photorécepteurs étant l’un des types cellulaires étudiés dans le travail présenté ici, ils seront traités à part dans le sous chapitre III.1.4 Les cellules bipolaires: Les cellules bipolaires comme leur nom l’indique font l’articulation entre les deux pôles de la rétine: les photorécepteurs et les cellules ganglionnaires, les interneurones permettent la transmission verticale du signal lumineux. Il existe plusieurs groupes de cellules bipolaires (Boycott and Wassle, 1991; Kolb et al., 1992; Mariani, 1984): les bipolaires des bâtonnets, reliant plusieurs bâtonnets à une cellule ganglionnaire, et les bipolaires des cônes, reliant un ou plusieurs cônes à une cellule ganglionnaire. Ces derniers se subdivisent encore en deux groupes, les bipolaires « invaginées » et les bipolaires « superficielles », formant deux voies distinctes de transmission de l’information. Les cellules horizontales: Il existe trois types de cellules horizontales HI, HII et HIII (Boycott et al., 1987; Kolb et al., 1994). Les cellules horizontales sont connectées latéralement à plusieurs cônes, bâtonnets et neurones bipolaires, leur rôle est d’inhiber l’activité des cellules avoisinantes. Cette suppression sélective de certains signaux nerveux s’appelle inhibition latérale et son rôle principal est d’augmenter le contraste du signal sensoriel. Les cellules Amacrines: La morphologie des cellules amacrines est très diversifiée, il existe en effet 29 types de cellules amacrines (MacNeil and Masland, 1998), qui sont toutes caractérisées par l’absence d’axone, elles n’ont que des prolongements dendritiques et elles utilisent une grande diversité de neurotransmetteurs. Leur corps cellulaire est situé dans la couche nucléaire interne et leur terminaison synaptique dans la couche plexiforme interne. En reliant les neurones bipolaires et ganglionnaires, elles forment une voie alternative de communication entre la rétine externe et interne ne reposant pas sur les cellules bipolaires. Les cellules ganglionnaires: Les cellules ganglionnaires (Figure 3) constituent le dernier maillon de la chaîne neuronale rétinienne. Ce sont les seuls neurones de la rétine à transmettre le signal nerveux en potentiel d’action. L’ensemble des axones des cellules ganglionnaires se regroupe au niveau de la papille optique pour former le nerf optique qui propage le signal visuel, au niveau du cerveau. Il existe une très grande diversité de cellules ganglionnaires qui sont regroupées en deux types : les cellules ganglionnaires M (« magnus »: grand en latin) et les cellules ganglionnaires P (« pagnus » : petit en latin) (Dacey and Petersen, 1992; Kolb et al., 1992).
Les cellules gliales
Les cellules Gliales de Müller : Ces cellules gliales traversent la rétine de part en part et leurs pieds terminaux forment la couche limitante externe et la couche limitante interne (Figure 4). Elles sont majoritaires dans la rétine par rapport aux deux autres types de cellules gliales. Les cellules gliales de Müller entrent en interaction avec tous les neurones de la rétine (photorécepteurs, cellules bipolaires, cellules ganglionnaires, etc.). Il a été démontré que les cellules gliales de Müller étaient produites à partir de cellules neuroépithéliales qui sont également les progéniteurs des neurones rétiniens (Turner and Cepko, 1987). Ces cellules interviennent dans le maintien de la structure rétinienne mais elles jouent également un rôle de maintien du métabolisme des neurones car elles recyclent les ions et les neurotransmetteurs libérés par les neurones et régulent ainsi la concentration ionique. Les astrocytes : Les astrocytes rétiniens ne sont pas issus comme les cellules gliales de Müller d’un progéniteur commun avec les neurones, mais migrent du cerveau vers la rétine via le nerf optique durant le développement rétinien (Chan-Ling, 1997). Des études récentes démontrent qu’il existe un deuxième site de production des astrocytes dans la zone ventriculaire, très tôt durant le développement embryonnaire de la rétine (Chan-Ling et al., 2009). Ces astrocytes se retrouvent seulement dans la partie la plus interne de la rétine : la couche des ganglionnaires où ils jouent un rôle dans le maintien de la barrière entre la circulation sanguine et la rétine. Les microglies : Durant le stade embryonnaire, les cellules microgliales pénètrent dans la rétine en même temps que les précurseurs des vaisseaux sanguins, ce qui laisse à supposer qu’elles ont une origine mesanchymale (Chan-Ling, 1997). Leur fonction, à l’âge adulte, est de phagocyter les débris cellulaires qui sont libérés lors de traumatismes de la rétine.
Les Photorécepteurs
Les photorécepteurs sont, comme leur nom l’indique, des neurones sensibles à la lumière. Ils sont responsables de la transduction du signal lumineux en signal biochimique, puis électrique appelé phototransduction. Il existe deux types de photorécepteurs, les bâtonnets et les cônes qui n’ont pas la même sensibilité à la lumière.
Structure :
La structure des photorécepteurs est particulière car ce type cellulaire possède un segment externe qui est le siège de la phototransduction, un segment interne où se trouve toute la machinerie cellulaire, un cil connecteur qui relie le segment externe et le segment interne et un pied où se trouvent les terminaisons synaptiques (Figures 5 a et 5b). Le cil connecteur est la seule connexion entre le cytoplasme des deux compartiments, il est donc impliqué dans les processus d’échange de nombreuses molécules, notamment des protéines (Trojan et al., 2008). Le segment externe est formé d’un empilement de disques enchâssés dans la membrane de la cellule, pour les bâtonnets et d’un repliement de la membrane pour les cônes. C’est sur ces disques que sont localisés les pigments visuels sensibles à la lumière (les opsines). Pour les bâtonnets, ce segment externe est très long et contient donc beaucoup de pigments visuels, c’est pour cela qu’ils sont 1.000 fois plus sensibles à la lumière que les cônes. Chez les cônes, ces segments externes sont plus petits et en forme effilée, en cône. Les disques sont constamment renouvelés par l’EPR, les membranes et protéines membranaires qui les composent migrent donc progressivement du pôle basal, où ils sont synthétisés et assemblés vers le pôle apical, où ils sont renouvelés. Le segment interne des photorécepteurs contient le noyau et les organites (les mitochondries, l’appareil de Golgi, etc.) indispensables au fonctionnement du photorécepteur. La terminaison synaptique est le lieu de transmission du signal électrique produit par la lumière vers les neurones internes de la rétine.
Les bâtonnets :
Les bâtonnets sont très sensibles à la lumière et sont donc responsables de la vision
scotopique, c’est à dire à faible luminosité. Cette vision n’est qu’en noir, blanc et nuances de gris car les bâtonnets ne perçoivent pas les couleurs, ils sont responsables également du champ visuel car chez l’homme, ils sont absents dans la zone la plus centrale de la rétine. Les bâtonnets n’expriment qu’un seul pigment visuel, la Rhodopsine « du grec rhodos, rose, et opsis, vision ». Cette molécule est une protéine à sept domaines transmembranaires, l’opsine, qui présente une liaison covalente avec le rétinal, qui n’est autre qu’un aldéhyde de la vitamine A (rétinol). La molécule d’opsine qui lie le rétinal, est synthétisée dans l’appareil de Golgi dans le segment interne, puis est transportée via des vésicules jusqu’au cil connecteur où elle est incorporée dans la membrane des disques (Papermaster et al., 1985). Le rétinal, produit de la vitamine A est issu de la circulation sanguine via la choroïde et l’EPR. La molécule de rétinal est commune aux bâtonnets et aux différents types de cônes.
Les cônes :
Les cônes sont responsables de la vision photopique, c’est à dire à très forte luminosité. Ils permettent une vision très fine chez les primates et les oiseaux, grâce à la présence de la fovéa (Figure 6) au centre de la rétine qui ne comprend que des photorécepteurs à cônes. Ils permettent également la distinction des couleurs grâce aux différents types de cônes. En effet les cônes se répartissent en trois grandes familles chez l’homme et les autres primates, L (long), M (medium) et S (short) correspondant respectivement à leur sensibilité aux longues, moyennes et courtes longueurs d’ondes (Brown and Wald, 1963). Les cônes exprimant l’erythropsine sont sensibles pour des longueurs d’onde correspondant au rouge (opsine-L), ceux exprimant de la chloropsine, au vert (opsine-M) et ceux exprimant de la cyanopsine, au bleu (opsine-S). Ces trois types de récepteurs sont inégalement répartis sur la rétine des primates. Alors que la fovéa comporte essentiellement des cônes L et M, les cônes de types S se trouvent essentiellement en région parafovéale. De plus, la répartition des différents types de cônes dans la rétine, malgré la régularité évoquée plus haut, est aléatoire. Cette répartition aléatoire des différents types de cônes permet d’éviter des aberrations visuelles lorsque le sujet regarde des motifs réguliers. Les cônes expriment alternativement une des trois iodopsines (l’erythropsine, la chloropsine et la cyanopsine) ce qui les différencie et leur transfère leur sensibilité spectrale. C’est la séquence des opsines des cônes qui détermine le spectre de longueurs d’ondes absorbées (Figure 7). Phototransduction : La phototransduction la mieux connue est celle des bâtonnets qui contiennent la rhodopsine au niveau des disques empilés du segment externe. Au niveau moléculaire, la réception de la lumière provoque l’isomérisation de l’11-cis retinal en tout-trans retinal, la photoisomérisation qui entraîne un changement de conformation de l’opsine à laquelle le rétinal est lié et initie la phototransduction , ce changement de conformation induit tout une cascade de réactions biochimiques (figure 8), cette cascade induit la fermeture de canaux sodium puis des canaux calcium, ce qui provoque l’hyperpolarisation membranaire du photorécepteur et bloque la libération d’un neurotransmetteur, le glutamate. Le signal est alors transmis aux neurones internes de la rétine.
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Table des matières
Introduction
I. La rétine
I.1. Structure de la rétine
I.1.1 Les neurones
I.1.2 Les cellules gliales
I.1.3 Les Photorécepteurs
I.1.4 L’épithélium pigmentaire rétinien
I.2 Culture primaire de la rétine
I.2.1 Historique de la cellule
I.2.2. Techniques d’étude de la cellule
I.2.2.1 Généralités
I.2.2.2 Historique de la culture cellulaire
I.2.2.3 Culture Cellulaire du Système Nerveux Central
II. Les dégénérescences rétiniennes héréditaires
II.1 Les Rétinopathies pigmentaires
II.2 Approches thérapeutiques de la rétinopathie pigmentaire.
II.3 La neuroprotection des photorécepteurs
II.3.1 Les facteurs de croissance
II.3.2 Les facteurs de survie « Rod-derived Cone Viability Factors »
Conclusion
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