L’origine embryologiques des éléménts squeletiques cranio-faciaux

Le développement de la tête des vertébrés englobe différentes interactions entre le tube neural, les crêtes neurales, le mésoderme, l’ectoderme et l’endoderme des arcs branchiaux (Chambers et McGonnell, 2002). Ce développement est contrôlé non seulement par des facteurs de croissance et des hormones (Smink et coll., 2003 ; Bellows et coll., 1998 ; Abe et coll., 2000 ; Hodgkinson et coll., 1993), mais aussi par des gènes à homéoboîte tels que : Alx, Barx, Dlx, Pitx, Msx, Pax, Runx et Gsx …. (Francis-West et coll., 1998 ; Lezot et coll., 2000).

En fin de gastrulation, l’embryon est constitué de trois couches principales : l’ectoderme, le mésoderme et l’endoderme. Au cours d’une migration des cellules des crêtes neurales, une quatrième couche a été identifiée dans le repli neural fermé (la crête neurale céphalique). La crête neurale céphalique (d’origine neuroectodermique) se forme dans la jonction de la plaque neurale et de l’épiderme par une induction ectodermique entre cellules neurales (plaque neurale) et non neurales (épiderme). Ces cellules migrent ventralement et participent à la formation des structures squelettiques du crâne (McGonnell et Graham, 2002). D’autre part, les cellules de la crête neurale troncale, partie intégrante de ce mésenchyme embryonnaire, migrent plus rostralement et donnent naissance aux squelettes axial et appendiculaire qui ont une origine mésodermique tandis que le squelette craniofacial est plus hétérogène et regroupe plusieurs cellules d’origine différentes : crêtes neurales, préchordales, paraxiales et mésoderme latéral (Couly et coll., 1993).

Chez l’embryon de poulet, les cellules des crêtes neurales qui migrent tout au long de la région prosencéphale, mésencéphale et du 1er rhombomère (r1) donnent naissance aux os du crâne sensoriel (neurocrânium) : frontal, pariétal, squamosal et basi-présphénoïde. Les cellules des crêtes neurales qui migrent de r1 et r2 vers le 1er arc branchial (AB1), développent le bourgeon nasal qui forme plus tard la capsule nasale, les os maxillaire et mandibulaire, la langue, les dents et le palais secondaire. Le reste, “crâne viscéral”, se forme à partir des cellules des crêtes neurales de rhombomères caudaux qui colonisent les arcs branchiaux 4,6,7,8 (Couly et coll., 2002) .

Chez les mammifères, la voûte du crâne a pour origine les crêtes neurales céphalique et mésodermique. Le calvaria et les os faciaux se forment par ossification membraneuse contrairement à l’os occipital et aux os de la base du crâne viscéral qui se développent par ossification endochondrale (Jiang et coll., 2002) .

La morphogenèse des futurs éléments squelettiques

La formation du squelette débute par la convergence et la condensation des cellules en majorité mésenchymateuses, en lieu et forme de chacun de ses futurs éléments. Trois régions de l’embryon vont être à l’origine du squelette. Les membres dérivent du mésoderme de la plaque latérale, le squelette axial (colonne vertébrale et cage thoracique) dérive des somites et le squelette cranio-facial est majoritairement formé par des cellules originaires de la crête neurale céphalique . La morphogenèse de la tête implique un ensemble de mécanismes qui donnent la forme aux différentes structures cranio-faciales. Ce mécanisme implique une séquence d’événements tels que la prolifération, la différenciation, la migration cellulaire et l’apoptose.

*Cette première étape de la squelettogenèse est contrôlée par des facteurs régulateurs jouant donc un rôle organisateur dans la forme de l’embryon tels que le “fibroblast growth factor” (FGF), hedgehog (hh) et les “bone morphogenetic protein” (BMP), et par des facteurs de transcription à homéoboîte, notamment des sous-familles comme Hox, Pax et Msx (Karsenty, 1998).

Les différents types d’os (cortical et alvéolaire) et de cartilage (articulaire et de croissance) varient de par leur morphologie et leur fonctionnalité. Ainsi, les ostéoblastes, cellules informatives au cours du développement de l’os, secrètent dans la MEC (selon leur site anatomique) des molécules différentes qui déterminent chaque type d’os. En résumé, les cellules du squelette (cartilage et os) diffèrent selon leur site anatomique, cette différence est due probablement à l’action des gènes Hox et d’autres protéines à homéodomaine (Wurtz et Berdal, 2003). Le rôle des gènes Hox est primordial dans la formation du squelette troncal (Hunt et Krumlauf, 1992). En revanche, la morphogenèse de la tête, contrairement au squelette du tronc, a été attribuée aux gènes non Hox. Récemment, l’absence de l’expression des gènes Hox a été établie au cours du développement des os faciaux, craniens et mandibulaires chez les animaux mutés (Trainor et Krumlauf, 2001).

Le squelette est un organe constitué de deux tissus : le cartilage et l’os. Dans ces deux tissus interviennent plusieurs types cellulaires : les chondrocytes pour le cartilage, les ostéoblastes, les ostéoclastes et les ostéocytes pour l’os .

Le tissus cartilagineux

Pendant la vie embryonnaire et fœtale, le tissu cartilagineux forme temporairement la plus grande partie de l’ébauche squelettique. C’est en son sein que se développe le processus d’ossification endonchondrale qui régit l’ossification de ces ébauches et la formation des os. Il existe différents types de cartilage :
♦ le cartilage élastique : il est caractérisé par la présence de fibres élastiques (épiglotte, trompe d’Eustache) qui lui confèrent une résistance à la flexion (Hall, 1983).
♦ le cartilage fibreux : il est riche en collagène, ce qui lui confère une grande résistance aux tractions et aux compressions, et constitue les zones d’insertion de certains tendons et des disques intervertébraux (Van der Rest, 1987).
♦ le cartilage hyalin (le cartilage articulaire, le cartilage du nez) : c’est le cartilage le plus abondant et il est constitué d’une matrice extra-cellulaire importante, riche en collagène et en protéoglycanes. Ainsi, la force tensile des fibres de collagène s’oppose à la pression osmotique due à la grande densité de charge des protéoglycanes pour former un système amortisseur des chocs.

Le cartilage de croissance qui est un cartilage transitoire pendant la vie embryonnaire, s’ossifie après la naissance, à l’exception du septum nasal chez les rongeurs et chez l’homme, qui persiste jusqu’à l’âge adulte. D’autres cartilages de croissance se limitent à une zone comprise entre les épiphyses et la diaphyse des os longs, où ils assurent leur croissance longitudinale, puis disparaissent vers l’âge de 18-20 ans.

Développement du septum nasal
Le septum nasal se développe au centre de la face et joue un rôle primordial dans la fonctionnalité orale correcte. Sa structure serait impliquée dans la morphogenèse, le développement et la croissance du massif facial. Histologiquement, le septum nasal est une plaque cartilagineuse située dans le plan centro-sagittal de la face et s’étend de la partie antérieure du “snout” tout au long du prémaxillaire, du maxillaire et du palais. Il se développe jusqu’à l’âge adulte par ossification endochondrale d’une manière identique chez le rat, la souris, le lapin et l’homme.

Chez l’homme, jusqu’à l’âge d’aldute, la partie antérieure du septum reste cartilagineuse (Moss, 1954). Lors d’achondroplasie, la taille du maxillaire est réduite et la croissance cartilagineuse perturbée. Cette observation montre l’importance du septum nasal dans la détermination de la forme de la face. Les auteurs ont conclu que le septum nasal joue un rôle “directeur” dans la croissance normale de la région naso-maxillaire du fait de la concomitance entre la taille réduite du nez et la présence d’une fente palatine. Cette constatation a été confirmée par une étude chez des souris déficientes en hormone de croissance, la souche étudiée présente un retard sévère de la croissance des tissus cartilagineux dans le complexe nasal (pré-maxillaire, maxillaire, palais et os nasal) (Roberts et Lucas, 1994).

Chez les rongeurs, le développement du crâne et de la région naso-maxillaire est très complexe. Le développement de la cavité nasale présente un schéma de croissance différent de celui du crâne. La croissance de l’os nasal est observée dans les surfaces extérieures et la résorption osseuse se fait dans les surfaces inter nasales. La croissance des sutures est très active et varie en fonction de l’os présent de chaque côté de la suture (Youssef, 1966). Chez le rat nouveau-né, une étude radioautographique a prouvé que le septum nasal est un cartilage de croissance qui a une activité proliférative chondrogénique augmentant aux différents âges fœtaux jusqu’à la naissance (Searles, 1977).

Du point de vue de la génétique du développement, le septum nasal, comme tout le squelette craniofacial (os et cartilage), se distingue par l’absence d’expression de gènes du développement de la famille Hox, d’autres homéogènes contribuent à déterminer l’identité positionnelle des cellules squelettiques cranio-faciales comme le montrent les expériences de transgenèse chez la souris (Satokata et Maas, 1994) et les mutations naturelles chez l’homme (Jabs et coll., 1993).