Embryologie de-l organe-dentaire2

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Embryologie de-l organe-dentaire2

  1. 1. 1 I. Introduction La dent est un organe composé de tissus d'origine conjonctive et épithéliale. Elle détient son originalité des phénomènes de minéralisation qui y surviennent (émail, dentine, cément). Elle comporte deux parties: la couronne, saillante à la surface de la gencive, est constituée de dentine revêtue d'une mince couche d'émail; la racine, enchâssée dans l'os alvéolaire des maxillaires, comporte une pulpe conjonctive centrale, une dentine prolongeant celle de la couronne et un revêtement de cément. Elle est solidaire de l'os alvéolaire auquel la relie un tissu conjonctif particulier: le ligament périodontal. La dentition complète hétérodonte de mammifères comprend incisives, canines, prémolaires, et molaires dont le nombre et la forme sont caractéristiques des différentes espèces. Le développement dentaire peut être entaché de nombreuses anomalies touchant le nombre des dents, et leur position, la forme de la couronne et l’organisation des racines, la composition et la structure de l’email, de la dentine et du cément. La connaissance, en progrès rapide, des mécanismes cellulaires et moléculaires expliquant le développement dentaire normal permet une meilleure compréhension de la genèse de ces diverses anomalies. II. Rappel embryologique 1. Définitions : 1.1. Embryogenèse : Développement de l'individu vivant, depuis sa première cellule (zygote) jusqu'à la vie libre(éclosion de l'œuf, germination de la graine, etc.). Chez l'homme, l'embryogenèse désigne l'ensemble des transformations subies par l'œuf fécondé jusqu'au développement complet de l'embryon. L’embryogenèse se déroule pendant les 8 premières semaines de la grossesse. Elle est marquée par un développement rapide de l’œuf, qui, tout en s’implantant dans la muqueuse utérine (endomètre), se divise puis se creuse en deux parties,
  2. 2. 2 le futur placenta et l’embryon proprement dit séparés par une cavité. Au sein de la masse embryonnaire se forment, lors de la 2e semaine, deux feuillets (endoderme et ectoderme), puis, à la 3e semaine, trois feuillets (ectoderme, endoderme et mésoderme), d’où dérivent tous les systèmes et organes du corps. La plupart des principales malformations congénitales surviennent pendant ces quelques semaines du tout début de la grossesse. Les éléments morphologiques principaux de l’embryon deviennent reconnaissables dès la fin du 2e mois. Une fois tous les organes formés après 8 à 10 semaines, l’embryon prend le nom de fœtus. 1.2. Morphogenèse : Une morphogenèse est le processus biologique qui donne sa forme, sa morphe, à un organisme. Cette morphogenèse est l'un des trois aspects fondamentaux de la biologie du développement ainsi que le contrôle de la croissance cellulaire et la différenciation cellulaire incluant le développement des formes et des structures d'un organe vivant. Le processus de contrôle de la distribution spatiale des cellules s'organise pendant le développement embryonnaire d'un organisme. La morphogenèse peut avoir lieu également dans un organisme mature, en culture cellulaire ou à l'intérieur de masses de cellules tumorales. La morphogenèse décrit également le développement des formes de vie unicellulaires qui n'ont pas un stade embryonnaire de leur cycle de vie, ou décrit l'évolution d'une structure d'un corps au sein d'un groupe taxonomique. Les réponses morphogénétiques peuvent être induites dans les organismes par les hormones, les produits chimiques environnementaux allant de substances produites par d'autres organismes à des produits chimiques toxiques ou radionucléides libérés comme des polluants, et d'autres plantes, ou par des contraintes mécaniques induites par la répartition spatiale des cellules. En résumé et par définition, la morphogenèse est une différenciation accompagnée d'une croissance d'un tissu morphogène, d'un organe ou d'un organisme. 1.3. Organogénèse :
  3. 3. 3 Formation et développement des organes au sein d'un être vivant. C'est aussi le stade du développement qui suit la gastrulation, permet de mettre en place les organes. Autrement exprimé : formation des organes au cours du développement ou au cours de la régénération. 2. Neurulation et ébauche céphalique La neurulation est l'étape embryonnaire au cours de laquelle les futures structures céphaliques s'individualisent. Trois stades embryonnaires vont préluder à celui de la neurulation : morula, blastula, gastrula. 2.1. Morula L'oeuf fécondé ou zygote se segmente en 2, 4, 8, 16... cellules ou blastomères. La morula ainsi formée se creuse d'une cavité appelée blastocyste peu avant l'implantation utérine vers le 6e jour. 2.2. Blastula Au cours de la deuxième semaine, la blastula augmente en taille au gré del'accroissement du nombre des mitoses. La cavité blastocystique est aumaximum de son volume (c'est la période prémorphogénétique). L'embryon estalors constitué de deux feuillets, l'ectoblaste et l'entoblaste, qui semblentprésenter déjà une polarité dorso-ventrale. 2.3. Gastrula Au cours de la troisième semaine, on assiste à une ségrégation des premièreslignées cellulaires aboutissant par arrangement temporo-spatial à la mise en place des trois feuillets et de leur polarité céphalo-caudale :  l'ectoblaste, destiné à la formation du système nerveux central, durevêtement cutané et du mésenchyme cervico-céphalique ; les cellules del'ectoblaste migrent en profondeur par invagination pour former lechordomésoblaste ;
  4. 4. 4  Le chordomésoblaste est l'ébauche de l'ensemble du squelette, desmuscles squelettiques, du système cardio-vasculaire, des reins et duconjonctif ;  L'entoblaste fournira l'ensemble du tube digestif et de l'arbre respiratoire. 2.4. Neurula et neurulation Au cours de la quatrième semaine, la destinée de chacun des trois feuillets estsoumise à une grande complexité morphogénétique. Chacun d'eux présente desmouvements et migrations cellulaires contribuant à l'apparition des stadesmorphologiques intermédiaires dont l'imagerie dynamique, parfois fugace, esttoujours coordonnée dans le temps et dans l'espace. Vers le 21e jour, le chordomésoblaste induit l'ectoblaste sus-jacent à devenir letissu neuroblastique ou neurectoblastique déterminé à devenir la plaque neurale.L'épiblaste et les crêtes neurales vont s'individualiser en bordure de la plaqueneurale. La plaque neurale s'allonge dans le sens antéro-postérieur (elle tripleapproximativement sa longueur). Elle s'élargit dans sa partie antérieure (ellepasse de 300 à 600 microns). Deux reliefs paramédians droit et gaucheapparaissent alors entre les 20e et 25e jours chez l'homme, ces reliefs ont unedirection antéro-postérieure ; simples élevures au début, ils deviennent devéritables bords d'une centaine de microns de hauteur qui déterminent ainsidifférentiellement un sillon médian dans la plaque ou gouttière neurale.
  5. 5. 5 Neurulation et formation de la crête neurale. Evolution des feuillets embryonnaires à 15, 21 et 30 jours. 2.5. Fermeture de la gouttière neurale Au cours de la troisième semaine, les bourrelets neuraux s'accolent. Les contactsjonctionnels postérieurs nécessaires à cet accolement transforment la gouttièreneurale en un tube. Cet accolement débute classiquement dans la future régiondu rhombencéphale et progresse en avant et en arrière. Il s'agit d'un véritablecollage grâce aux protéines de surface des cellules venant en contact. (La NCAMest une protéine dont la responsabilité serait incriminée dans la reconnaissanceet le collage des cellules du neurectoblaste 2.6. Développement du tube neural Ce tube est une structure annulaire faite de la juxtapositionde grandes cellules dont celles de topographie centrale deviendront lesneuroblastes centraux et les cellules gliales. C'est à partir de cette couche centrale que se réalisent les migrations neuronalesvers la partie corticale. Au niveau céphalique, l'évolution
  6. 6. 6 morphologique du tubeneural est particulière. A la fin du premier mois, le tube neural est formé de troispuis de cinq vésicules. Le prosencéphale (ou cerveau antérieur) deviendra le diencéphale et letélencéphale, lui-même sera subdivisé en deux vésicules paires etsymétriques ; Le mésencéphale restera indivis ; Le rhombencéphale (ou tronc cérébral) deviendra le métencéphale, puis lecervelet et le myélencéphale. La constitution des trois, puis des cinq vésicules neurales contribue encore àl'allongement du tube neural, à son développement volumétrique et àl'exagération de l'enroulement de sa partie antérieure qui vient recouvrirl'ébauche cardiaque. Le massif facial devra se développer dans l'espace situéentre la face ventrale du tube et cette ébauche. Evolution morphologique du tube neural qui passe progressivement de 3 vésicules (25e jour) à 5 vésicules (35e jour). 2.7. Placodes épiblastiques et épiblaste La fermeture du tube neural par collage a eu pour conséquencel'individualisation par ségrégation des cellules de la crête neurale, des cellulesneuroblastiques et des cellules de l'épiblaste. Au niveau céphalique, lerevêtement épiblastique deviendra la peau de la tête et du cou mais, danscertaines régions de ce revêtement, existent des épaississements appelésplacodes dont le rôle est de fournir des neurones qui par migration entrerontdans la constitution des ganglions sensoriels des nerfs crâniens. Le schéma quiest représenté fournit la
  7. 7. 7 topographie de ces placodes telle qu'elle a étédéterminée par construction de chimères caille-poule. Au niveau céphalique et chez les vertébrés, on distingue les placodes suivantes : Les placodes olfactives qui deviennent les nerfs olfactifs autour desquelsse développeront les bourgeons nasaux internes et externes ; Les placodes optiques qui deviennent le cristallin ; Les placodes épibranchiales, c'est-à-dire trigéminée, géniculée, acousticofacialeou otique, glosso-pharyngienne et vagale. Cartographie de l'épiblaste. 3. Développement embryologique du massif facial et du cou 3.1. Origine de l'ectoderme cervico-facial et oral Au stade de la neurula, l'ectoderme facial et cervical est localisé dans la bordurede la plaque neurale. La peau naso-frontale est située dans le bourrelet neuralantérieur, immédiatement contigu à la zone présomptive de l'antéhypophyse.L'ectoderme des bourgeons maxillaires et mandibulaires ainsi
  8. 8. 8 que celui des arcsbranchiaux et de la langue se présentent sous l'aspect de bandes bien délimitéessur les bords de la neurula 3.2. Origine du mésenchyme cervico-facial Le mésenchyme est la structure cellulaire entrant dans la constitution de tous lestissus de la face et du cou à l'exception de ceux qui forment les couvertures ectoetendodermiques. Ce mésenchyme a une double origine : mésodermique etectoblastique (ou neurectoblastique). Le mésenchyme d'origine mésodermique reste postérieur et fournit des dérivés musculosquelettiques dorsaux. Par contre, la crête neurale qui migre sous le tube neural va fournir du mésenchyme (ectomésenchyme ou mésectoderme) qui va coopérer avec le mésenchyme mésodermique pour former la quasi-totalité des structures faciales et cervicales tout en assurant le développement des bourgeons de la face. 3.3. Bourgeons faciaux et arcs branchiaux Au cours des cinquièmes et sixième semaines embryonnaires, l'importancequantitative des mitoses des cellules de la crête neurale en migration à la faceinférieure du cerveau primitif est responsable du développement des bourgeonsfaciaux et des arcs branchiaux. Ceux-ci finissent par entrer en contact les unsavec les autres (certains sur la ligne médiane,
  9. 9. 9 d'autres latéralement) puis àfusionner. Ce phénomène de fusion nécessite au moins que soient assurées troisconditions biologiques :  Des bourgeons de volume suffisant pour se rencontrer (le développementvolumétrique est assuré quantitativement par les cellules de la crête neurale)  La compétence de l'ectoderme de recouvrement des bourgeons pour lamort cellulaire (voir chapitre des phénomènes biologiques du développement)  Des propriétés physico-chimiques du liquide amniotique (tenso- activité,température, teneur en protéines et acides aminés...) aptes à assurer lecontact ectodermique. Schéma du développement des bourgeons de la face au début du 1er mois embryonnaire. BNI : bourgeon nasal interne. BM : bourgeon maxillaire. 3.4. Formation du palais primaire: le stomodéum Le bourgeon frontal initialement déterminé par l'éminence du prosencéphale estle siège, sur sa face inférieure et ventrale, du développement des bourgeonsnasaux internes et externes (BNI et BNE). Ce sont des massifs cellulaires,entourant les deux placodes olfactives se développant grâce aux mitoses descellules des CNC. Latéralement, les bourgeons maxillaires (BM) ont plusl'apparence de digitations et se développent sous les ébauches optiques.
  10. 10. 10 Aucours de la sixième semaine, les BM viennent en contact avec les BNI et BNE. Cescontacts fusionnels ectodermiques constituent le mur épithélial de Hochstetter. Sa disparition, en quelques jours, vers la fin de la sixième semaine, parmort cellulaire, permet la constitution d'un massif cellulairemésenchymateuxcontinu entre les BM droit et gauche et les BNI et BNE : c'est le palais primaire. Kosaka [66] a étudié la zone de contact ectodermique entre les BNI, BNEet les BM. Cette zone est constituée d'un épithélium dont les cellules ont un grosnoyau et un abondant cytoplasme au niveau duquel des « gap-jonctions » oujonctions de contact et des desmosomes assurent le collage ; puis les cellules decette zone, ou mur épithélial, se lysent et sont phagocytées soit par des cellulesmésenchymateuses sous-jacentes de la crête neurale, soit par des cellulesd'ectoderme adjacentes. Le mésenchyme de la crête neurale sous-jacente aurait pour Kosakale rôle déclenchant de la mort cellulaire. Le palais primaire. A. Vue latérale d'un embryon humain de 42 jours, intéressant les régions faciales et thoracocervicales. B. Coupe horizontale de l'embryon précédent passant par le palais primaire. PP : palais primaire. BNI : bourgeon nasal interne. BM : bourgeon maxillaire. C. Détails de la coupe horizontale 21 B objectivant le mur épithélial de Veau : accolement entre le bourgeon nasal interne et le bourgeon maxillaire. D. Vue microscopique (× par 600) de la mort cellulaire siégeant au niveau du mur épithélial tel qu'il est représenté en microscopie sur la figure 21 C. E. Le palais primaire : détails de la figure 21 B. F. Schéma en vue inférieure du palais primaire et du toit du stomodéum chez l'embryon humain de 38 jours.
  11. 11. 11 L'absence de mort cellulaire, quelle qu'en soit la cause, est responsable de lapersistance de l'ectoderme sur ces bourgeons, ce qui est responsable d'une fente labiale ou labio-maxillaire Schéma du défaut de fusion du bourgeon nasal interne et du bourgeon maxillaire, explicitant la possibilité de réalisation de fente labio-maxillaire par le processus de non-mort cellulaire. 3.5. Palais secondaire Au cours de la septième semaine, les BM continuent leur développementvolumétrique en arrière du palais primaire et viennent en un contact médiantoucher l'éperon descendant du septum du bourgeon nasal et former ainsi lepalais secondaire.Au cours de la septièmesemaine, les lames palatines croissent verticalement le long des faces latéralesde la langue puis s'élèvent au-dessus du dos de celle-ci et finissent par fusionnerpour former le palais secondaire. Chez tous les vertébrés, le développement du palais osseux et du voile du palaisest le résultat de la fusion des procès palatins des bourgeons maxillaires. Sont recouverts en grande partie par de l'ectoderme contribuant à former leplancher de la bouche. 3.6. Embryogenèse de l’appareil branchial S'il est un territoire de l'embryon qui subit de profonds remaniements au cours de son développement, l'appareil branchial, qui préside à l'organogenèse du plancher buccal et de la partie ventrale du cou, est celui-là. L'archétype de l'appareil branchial des vertébrés est formé de six arcs droits et gauches au- dessusde l'ébauche cardiaque.
  12. 12. 12 Chez l'embryon humain, vers le 30e jour, cinq arcs sont individualisés, le sixième est vestigial et représenté par son artère. Chaque arc est ainsi constitué à ce stade : de mésenchyme issu de la CNC rhombencéphalique et de mésoderme ; ce mésenchyme fournit un squelette ostéo-cartilagineux, un noyau musculaire et un tronc artériel, branche de l'aorte ; d'un nerf propre, nerf issu du tronc cérébral. Chaque arc est recouvert par de l'ectoderme en dehors (qui deviendra par la suite après fusion la peau cervicale et thoracique antéro-supérieure) et par une couverture épithéliale endodermique en dedans qui deviendra la muqueuse du pharynx Vers le 40e jour embryonnaire, l'appareil branchial est le siège d'un remaniement morphologique important. Au niveau du premier arc, la première poche ectodermique persiste dans sa partie dorsale et deviendra le conduit auditif externe. La première fente deviendra la membrane tympanique, et la première poche endodermique la caisse du tympan et la trompe d'Eustache Le deuxième arc se développe de façon volumétriquement importante et semblevenir recouvrir en dehors les troisième et quatrième arcs en isolant ainsi le sinus ectoblastique (futur sinus cervical) qui disparaîtra par la suite par mort cellulaire. Par contre, au niveau des deuxième, troisième, quatrième et cinquième arcs, les poches endodermiques vont demeurer séparées par du mésenchyme et vont soit disparaître, soit être le siège de développement d'organes ou de glandes L'augmentation volumétrique et en longueur du tube neural est responsable de l'enroulement du pôle céphalique autour de l'ébauche cardiaque avec pour conséquence le télescopage des arcs au contact de cette ébauche. La CNC rhombencéphalique continue de migrer dans les deuxième, troisième, quatrième et cinquième arcs et fournit le mésenchyme des parois des arcs aortiques (aorte, artère pulmonaire en particulier et septum inter-auriculo-ventriculaire).
  13. 13. 13 III. Embryogénèse de l’organe dentaire 1. Introduction. Généralités sur l’odontogenèse L’odontogenèse résulte d’une série d’interactions réciproques épithéliomésenchymateuses entre l’ectoderme stomodéal et les cellules de l’ectomésenchyme. Ces dernières sont dérivées des crêtes neurales. Elles migrent vers le mésenchyme du premier arc branchial et du bourgeon nasofrontal. Le dialogue entre cellules et composants de la matrice extracellulaire (MEC) conduit successivement à : • l’initiation du processus, dans les sites spécifiques où se situent les placodes dentaires. Ce stade précoce conduit à la formation de la lame dentaire et des bourgeons initiaux. • des étapes successives dirigeant la morphogenèse de la dent (formation du capuchon puis de la cloche dentaire) ; • ces étapes sont suivies enfin par la cytodifférenciation terminale de cellules impliquées dans la formation d’émail et de dentine, respectivement les améloblastes et les odontoblastes pour ce qui concerne la portion coronaire de la dent. Une fois la couronne formée, l’éruption de la dent accompagne la formation de la racine. Au cours de cette ultime étape, la formation d’un appareil d’ancrage de la dent dans son alvéole osseuse détermine la formation de différents types de céments. Toutes ces étapes résultent de l’activation d’un ensemble de gènes, de facteurs de transcription et de facteurs de croissance qui interviennent dans : • l’édification de la matrice extracellulaire ; • la liaison matrice-cytosquelette de molécules matricellulaires ; • l’activation de la cascade des voies de signalisation. 1.1. Apports de données de l’évolution à l’odontogenèse Les données de l’évolution font apparaître les faits suivants
  14. 14. 14 Les dents sont formées par un cône de dentine recouvrant une cavité pulpaire, le tout étant coiffé par une structure hyperminéralisée, voisine de l’émail ou de l’énaméloïde. Les dents dérivent de ces structures ancestrales. Leur implantation est d’abord étendue à l’ensemble de la cavité oropharyngée. Ultérieurement, elles sont confinées aux marges ou crêtes des mandibules et des maxillaires. Ce n’est qu’ultérieurement que les vertébrés acquièrent les différentes formes des dents : incisives, canines, prémolaires et molaires. La réduction du nombre de générations dentaires est un facteur déterminant dans cette évolution menant : • de la polydontie (les dents sont en nombre élevé et de forme à peu près semblable) à l’oligodontie (réduction du nombre de dents, la perte étant supérieure à six) ; • de la polyphyodontie (plusieurs cycles de remplacement, voire un nombre illimité de dents) à la di- et monophyodontie (réduite à une ou deux dentitions). L’anodontie constitue une étape ultérieure de certains phénomènes évolutifs, l’embryon possédant les germes dentaires, mais ceux-ci disparaissent du fait d’apoptoses. Des changements de morphologie et de nombre accompagnent la génération d’espèces d’apparition tardive chez les mammifères. Pour expliquer l’évolution des dents et des cuspides, deux modèles théoriques et peut-être complémentaires ont été proposés. La théorie des champs morphogénétiques rattache cette hétérodontie à l’existence de champs où interviendraient des gradients de « morphogènes » [3]. Trois champs de diffusion mènent respectivement à la formation d’incisives, de canines et de molaires. Notons cependant que de tels « morphogènes » n’ont jamais été identifiés, mais on connaît des ensembles de gènes et de facteurs de transcription ou de croissance qui interagissent spécifiquement avec les protéines de la matrice extracellulaire dans des territoires bien déterminés. La théorie des clones [4] prédit que chaque dent dérive d’un ensemble ectomésenchymateux, qui a le potentiel de former une dent présentant une forme spécifique. À partir d’un blastème, chaque cuspide est formée d’un clone de cellules dérivées de l’ectoderme oral et de cellules migrant depuis les crêtes neurales (CCN). Épithélium et mésenchyme produisent un ensemble de cellules progénitrices ou de précurseurs (appelées aussi cellules souches, ou cellules multipotentes). Cette dernière théorie trouve certains fondements dans le fait que l’expression d’un certain nombre de gènes, de protéines,
  15. 15. 15 jouant un rôle en tant que facteurs de transcription et de facteurs de croissance, constituant un véritable code, intervient individuellement dans la formation de chaque dent. De telles différences apparaissent aussi entre incisives et molaires. L’expression différentielle de certains gènes, tels Msx-1 et Msx-2, dans des territoires donnés (par exemple entre la portion médiane et les portions latérales et postérieures de la mandibule) n’exclut pas l’existence de champs morphogénétiques. Les deux théories pourraient être complémentaires et non pas antagonistes. Les études menées sur l’évolution des structures dentaires montrent une filiation directe entre, d’une part, l’énaméloïde et l’émail pour ce qui concerne la partie d’origine épithéliale et, d’autre part, l’acquisition d’une polarité sécrétrice des odontoblastes mésenchymateux, qui fait passer la formation d’ostéodentine à celle d’orthodentine. L’ostéoblaste est une cellule assez peu polarisée. Il sécrète autour de lui une matrice qui, en se minéralisant, donne une lacune (ou ostéoplaste) entourant ce qu’il est devenu : un ostéocyte. L’évolution des tissus dentaires montre qu’à un certain stade de l’évolution des cellules du type ostéoblaste polarisé se sont allongées et ont sécrété essentiellement dans leur portion distale. La cellule s’enferme progressivement dans une lacune osseuse. Ce type de mélange de structure os/dentine conduit à la formation d’une ostéodentine. La poursuite de cette évolution a conduit le corps cellulaire à ne plus s’enfermer dans une gangue osseuse, mais à se situer en marge, hors du tissu calcifié, tandis que le prolongement cellulaire reste inclus dans les canalicules du tissu minéralisé. On observe au niveau de la palissade odontoblastique une situation voisine de celle de la bordure de cellules cuboïdes actives (ou ostéoblastes) ou au repos (cellules bordantes – bone lining cells) du tissu osseux. Seuls les prolongements cellulaires des odontoblastes polarisés sont inclus dans les canalicules du tissu dentinaire. L’acquisition de cette polarité terminale permet la différenciation entre odontoblastes et ostéoblastes et donc entre l’orthodentine et l’ostéodentine. 1.2. Interactions cellulaires et tissulairesau cours de l’odontogenèse.
  16. 16. 16 2. Formation de la couronne dentaire 2.1. Phase d’initiation a) Rôles des cellules épithéliales et mésenchymateuses dans l’initiation du germe dentaireInitiation et interactions épithéliomésenchymateuses. Des placodes à la lame dentaire En 1987, Mina et Kollar démontraient que l’épithélium odontogène pouvait induire la formation d’une dent quand il était associé à du mésenchyme isolé de l’arc hyoïdien ou qu’il provenait d’un arc mandibulaire de poulet [10-12]. L’association d’épithélium dentaire avec un mésenchyme non spécifique (non dentaire) donne naissance à une dent. Après cette période initiale, au stade du bourgeon (E12) le mésenchyme dentaire peut induire la formation d’une dent quand il est réassocié à un épithélium non dentaire. Il y a donc une séquence et un passage d’un rôle directeur de l’épithélium vers le mésenchyme [13]. Nous référant à un certain nombre de gènes, des rappels sont nécessaires en prenant pour exemple Msx-1 et Msx-2. La formation du mésenchyme dentaire est dépendante de l’activation de Msx-1, Msx-2 et de bone morphogenetic
  17. 17. 17 protein 4 (BMP4). Ces processus de signalisation sont régulés par le fibroblast growth factor (FGF) (en particulier par le FGF-3), passant de l’épithélium vers le mésenchyme. Runx2 (Cbfa1) est un facteur de transcription essentiel au développement osseux et à la morphogenèse dentaire, qui cible directement l’expression de FGI3 [15]. Ces phénomènes se produisent au sein du premier arc branchial sous l’influence de deux gènes homéotiques de la famille LIM, Lhx6 et Lhx7. Le FGF8 est responsable de l’expression de Lhx6 et Lhx7, expression limitée à la portion orale des bourgeons maxillaires et mandibulaires [16]. Des cellules de l’ectoderme du stomodeum peuvent exprimer dans certains sites très précis (placodes) des gènes qui les activent (Fig. 2). Avant même la première manifestation morphologique de l’odontogenèse, Pax9 marque le mésenchyme putatif de la future dent. Les sites d’expression de Pax9 ont une position définie par l’activité combinée et organisée du FGF8 et de BMP [18]. Ces facteurs de croissance, exprimés par les cellules épithéliales, sont transmis aux cellules sous-jacentes du mésenchyme. Il est difficile d’identifier les fonctions jouées respectivement par ces molécules du fait de redondances fonctionnelles entre FGF4, FGF8 et FGF9. La BMP4 induit à son tour l’expression de Msx-1 et de Lef1. Quatre molécules de signalisation exprimées par les cellules épithéliales : BMP2, Sonic hedgehog (Shh), Wnt 10a et Wnt10b, jouent un rôle clé dans la morphogenèse dentaire en agissant sur le mésenchyme sous-jacent. En bloquant la signalisation due à Shh, on a pu montrer que Shh est produit par l’épithélium odontogène, et que les dérivés de cet épithélium présentent une altération de la prolifération, de leur croissance, de leur différenciation et de leur polarisation. Shh est impliqué dans les processus de signalisation axiale (allant de l’épithélium vers le mésenchyme) et dans un même plan (allant d’une cellule de l’épithélium vers d’autres cellules adjacentes de l’épithélium). Shh intervient dans la prolifération des cellules épithéliales. Wnt7b agit en réprimant l’expression de Shh dans l’ectoderme oral. Enfin seule la BMP2 peut induire l’expression spécifique de Msx-1.
  18. 18. 18 À la suite de ces différentes interactions/messages, l’épiderme s’épaissit et plusieurs molécules de signalisation envoient des signaux en direction du mésenchyme. Les cellules épithéliales prolifèrent et pénètrent dans le mésenchyme des arcs mandibulaires et maxillaires du premier arc branchial. Pour le groupe incisivocanin de la partie centrale du maxillaire, la prolifération se produit dans le mésenchyme du bourgeon nasofrontal.  Formation de la lame dentaire. Morphologie cellulaire et évolution. La prolifération des cellules épithéliales en direction du mésenchyme conduit à la formation d’une lame dentaire continue, en fer-à-cheval, enfouie dans les mésenchymes maxillaire et mandibulaire, dérivés du premier arc branchial et du bourgeon nasofrontal. En regard de la lame épithéliale, des cellules dérivées des crêtes neurales migrent depuis la face postérieure de l’embryon en direction de la zone ventrale. Elles vont se condenser dans des territoires très précis, autour des futurs bourgeons dentaires. Il est probableque des cellules migrantes proviennent aussi du mésenchyme para-axial. La lame dentaire s’invagine et se développe dans le mésenchyme des mâchoires. Elle va former une bande continue et, latéralement, elle contribue à la formation des 20 bourgeons des dents temporaires. Ultérieurement, les 20 bourgeons des dents permanentes de remplacement apparaissent (dents successionnelles). Plus tardivement, elle s’étend vers l’arrière et donne naissance aux bourgeons de dents non successionnelles, les trois molaires permanentes. Dès que la formation de bourgeons dentaires est initiée, on reconnaît classiquement l’existence de quatre zones distinctes :
  19. 19. 19 • la zone bien délimitée de l’épithélium oral (épithélium orodentaire, site initial de formation de la placode) ; • une zone de raccordement où les cellules sont quiescentes, constituée de deux strates épithéliales, les feuillets interne et externe ; • une zone intermédiaire (corde), présentant également deux feuillets ; • une terminaison libre(Fig. 3 à 9). L’extrémité libreest renflée, en massue. C’est elle qui va donner naissance au bourgeon dentaire primaire. La couche externe du bourgeon épithélial est séparée du mésenchyme par une membrane basale. La lame dentaire est reliée au bourgeon dentaire par un pédoncule, la lame dentaire latérale. Cette partie latérale, bien délimitée dans l’espace adjacent à la lame dentaire, prolifère et donne naissance à un bourgeonnement latéral ayant vocation à former les prémices de la dent permanente : la lame dentaire successionnelle. Cet ensemble forme la lame dentaire rudimentaire, impliquée, chez l’humain, dans la formation des dents temporaires et des dents permanentes de remplacement. La lame dentaire parentale est une extension postérieure de la lame rudimentaire qui permet la formation des molaires au fur et à mesure de la croissance postérieure des mâchoires
  20. 20. 20  Mécanismes moléculaires impliqués dans la formation de la lame dentaire. Pax-9, un membre de la famille des facteurs de transcription, est exprimé dans les somites, les poches pharyngées, et le mésenchyme craniofacial. Chez les homozygotes Pax-9- déficients, le développement des dents s’arrête à la formation du bourgeon. Pax-9 est requis pour que l’expression de BMP4, Msx-1 et Lef1 puisse se produire. Il ne semble donc pas que ce soit un facteur crucial au stade initial de l’odontogenèse. En revanche, l’expression de Otlx2/RIEG par l’épithélium odontogène est essentielle pour le développement dentaire. Du côté du tissu mésenchymateux, Barx1 est exprimé très précocement. L’acide rétinoïque, Sonic hedgehog et Indian hedgehog interviennent dans le contrôle de l’initiation de l’odontogenèse. Msx-1 et Msx-2, Dlx1 et Dlx2 jouent des rôles intégrés au cours des étapes initiales de l’odontognèse. La formation de la dent est arrêtée chez les doubles mutants Dlx1 et Dlx2. Ces facteurs de transcription agissent toujours de façon combinée à un ensemble de gènes et protéines, et non pas de façon individuelle. Les voies de signalisation des TGFb et des BMP sont liées à celle des régulateurs qui activent les Smad. Au cours des étapes initiales, Smad1 et Smad5 sont exprimés dans la lame dentaire [26]. Parmi les facteurs de transcription intervenant de façon cruciale au cours de l’odontogenèse, comme c’est le cas pour l’ostéogenèse, Cbfa1/Runx2 est un
  21. 21. 21 régulateur de la différenciation initiale des cellules odontogènes. Surexprimé aux stades initiaux, l’expression de Cbfa1 disparaît une fois achevée la différenciation terminale des odontoblastes. Cbfa1 n’est plus exprimé que par les améloblastes postsécréteurs impliqués dans la maturation de l’émail. Les mutants nuls ne présentent des dents surnuméraires, des altérations structurales des tissus dentaires et des retards d’éruption des dents permanentes L’ectodysplasine (Eda) est une molécule de signalisation de la famille des facteurs de nécrose tumorale (tumor necrosis factor – TNF). Les souris qui surexpriment cette molécule présentent des placodes dentaires élargies. La molécule ne provoque pas de prolifération cellulaire, mais promeut l’évolution des cellules associées à la placode ectodermique et le développement d’extraplacodes associées à la lame dentaire. La formation de la lame dentaire est régulée par l’epidermal growth factor (EGF) [29]. En revanche, l’EGF n’a aucun effet sur l’expression de Msx-1 et de Msx-2 dans le mésenchyme dentaire. Au stade de formation de la lame basale, on ne détecte pas de FGF2, qui apparaît faiblement au stade de bourgeon. Son expression se renforce à celui de capuchon et devient intense au stade de la cloche tant au niveau de la strate intermédiaire épithéliale que des odontoblastes. son rôle est faible au cours des phases initiales. Un certain nombre de protéines semblent également impliquées dans les étapes initiales de l’odontogenèse. On a pu noter aussi que l’expression de Shh est augmentée dans la lame dentaire de souris déficientes en cilia intraflagellar transport protein (IFT). Cela conduit à la formation de dents surnuméraires et ectopiques. Membrane basale et interactions épithéliomésenchymateuses. L’ectoderme oral et le mésenchyme sous-jacent vont interagir et contribuer à la formation d’une membrane basale qui les sépare en formant un feuillet continu qui va jouer un rôle déterminant dans leurs interactions. À quelques variations tissulaires près, les composants majeurs des membranes basales (MB) sont le collagène de type IV, la laminine, le nidogène/ entactine et des protéoglycanes du type héparane sulfate (HSPG), le perlecan en particulier [32]. D’autres
  22. 22. 22 molécules matricielles sont associées, parmi lesquelles des chondroïtine sulfates protéoglycanes et des phospholipides [33, 34] (Fig. 3, 5, 8). Tout épithélium est séparé du tissu conjonctif par une membrane basale, mais cette dernière présente des variations importantes, se traduisant par des différences de structure et en particulier d’épaisseur, de composition (isoformes) et des propriétés spécifiques liées aux fonctions jouées au sein de chaque tissu, lors des étapes du développement embryonnaire ou au stade adulte. L’aspect ultrastructural de la MB se présente sous la forme de trois couches adjacentes distinctes :
  23. 23. 23 • une strate claire aux électrons (lamina lucida) appliquée à la membrane cytoplasmique apicale (distale) des améloblastes, • une bande intermédiaire plus dense (lamina densa) • et une couche d’insertion à la pulpe embryonnaire, formée de fibrilles (lamina fibro-réticularis) (Fig. 10). La membrane basale apparaît comme une couche homogène dense aux électrons. La lamina lucida (ou lamina rara) est donc un artefact induit par les méthodes conventionnelles de fixation pour la microscopie électronique La MB s’accroît d’abord pour atteindre une épaisseur maximale d’environ 100 nm (entre 90-140 nm). La MB devient ensuite plus mince (environ 70 nm). Au cours des stades précédant l’initiation de la morphogenèse, des interruptions ponctuelles apparaissent au sein d’une MB de 35 nm d’épaisseur. Ces interruptions entraînent la formation d’évaginations de la membrane apicale des améloblastes présécréteurs qui passent du côté mésenchymateux. Il se produit donc des contacts directs entre les cellules épithéliales et la MEC dentinaire. Puis, la disparition graduelle de la MB aboutit à un profil en dents-de- scie de la partie distale des améloblastes présécréteurs, dans l’incisive de rat. Le résultat morphologique de ce processus de disparition de la MB est qu’une intrication se produit entre épithélium et conjonctif, aboutissant à un profil très particulier dans la région de la jonction amélodentinaire. Ce profil donne une plus
  24. 24. 24 forte cohésion à l’ensemble tissulaire et augmente la résistance aux forces axiales : en présence de deux structures simplement. La diminution d’épaisseur s’explique plus encore par la dégradation de la MB résultant de l’activité de métalloprotéases : collagénase (MMP1), gélatinases (MMP-2 et -9), et stromelysine (MMP-3), qui dégradent respectivement les protéines de la MB et les protéoglycanes (HSPG et CSPG). D’autres protéases pourraient aussi intervenir dans ces processus (ADAM et autres). L’initiation de la dentinogenèse semble étroitement associée à la présence de séquences RGD (arginine-glycine-acide aspartique) – séquence d’adhésion cellulaire – des composants de la MB. La MB permet d’immobiliser les cellules, de les faire adhérer sur un support. Elle est impliquée dans la capture et la libération progressive du transforming growth factor beta 1 (TGFb1) qui régule la production de molécules de la MEC [41]. Pendant ces étapes initiales, l’adhésion de l’épithélium sur la MB permet la survie de ces cellules épithéliales. L’interaction des molécules de laminine par autoassemblage conduit à la formation d’un feuillet qui est parallèle et se superpose à celui qui est formé par le collagène de type IV. Les deux ensembles de collagène et de laminine sont liés par des contacts ponctuels à la surface membranaire des cellules épithéliales. Des intégrines, molécules transmembranaires, assurent une continuité physiologique entre le domaine intracellulaire (cytosol, cytosquelette) et le domaine extracellulaire occupé par des protéines de la MEC. D’autres molécules transmembranaires, les syndecanes, assument des fonctions très semblables. Ce sont de surcroît des récepteurs aux signaux envoyés par des facteurs de croissance, ou des molécules associées à la séquestration de ces facteurs de croissance. L’organisation cellule/protéines transmembranaires et matrice extracellulaire est renforcée par l’existence de jonctions de type hémidesmosomes. Les molécules constitutives de la MB forment des autoassemblages destinés à former cette structure complexe. Physiquement, la MB forme un filtre sélectif, d’autant plus qu’une relation a été démontée entre la présence de polyanions tels les protéoglycanes et les processus de contrôle de diffusion d’eau, d’électrolytes ou de molécules. (Fig. 4, 5, 8). La laminine est une glycoprotéine hétérotrimère, qui interagit avec les autres molécules de la MB et les molécules de la matrice
  25. 25. 25 extracellulaire. Ses activités biologiques incluent en général l’adhésion cellulaire, la migration des cellules et leur différenciation. In vitro, la différenciation précoce de l’odontoblaste est conditionnée à la présence de MB. Après séparation chimique puis mécanique des composants épithéliaux et mésenchymateux de germes dentaires, si l’on interpose entre les cellules mésenchymateuses et épithéliales un filtre millipore dont le diamètre des pores est réduit, aucune différenciation ne se produit. Si le diamètre des pores est plus grand, des évaginations mettent au contact, au travers du réseau poreux du filtre, les membranes cytoplasmiques des deux types cellulaires. Une MB est restaurée et la différenciation vers l’odontoblaste se produit, ce qui souligne les rôles des contacts intercellulaires et celui des composants matriciels de la MB [44]. Des expériences de dissociation expérimentale entre épithélium et mésenchyme ont permis d’apprécier le rôle de la MB. De telles méthodes ont fait l’objet de réassociations après dissociation hétérochrone ou isochrone. Après réassociation des tissus dentaires dissociés, la membrane basale met environ 15 à 18 heures à se reformer. De ces manipulations tissulaires ainsi que d’expériences d’incorporations de précurseurs radiomarqué, il se dégage que les composants matriciels des MB sont synthétisés par les deux groupes de cellules et pas uniquement par les cellules mésenchymateuses. Couplées à des études biochimiques, ces expérimentations ont mis en évidence les rôles du TGFb1 et de la BMP2 dans les processus de différenciation in vitro [46]. Condensation mésenchymateuse. Face à l’intrusion de la lame dentaire, les cellules mésenchymateuses dérivées des crêtes neurales et du mésenchyme para-axial migrent au voisinage de l’épaississement épithélial initial qui prend rapidement la forme d’un bourgeon. La condensation ou l’agrégation de cellules mésenchymateuses peut résulter des changements d’adhérence des cellules [13]. Les cellules mésenchymateuses expriment la BMP2, BMP4, le FGF4 ; tandis que l’expression de Msx-1 est réduite. Le syndecan-1, récepteur du FGF, la ténascine et l’héparine-binding growth factor (sous la forme de midkine et de pléiotrophine) sont présents à la surface des cellules mésenchymateuses. Ces molécules sont d’apparition très précoce au cours de l’odontogenèse. L’expression du TGFb1 et de BMP4 est augmentée (Fig. 6).
  26. 26. 26 En 1991, MacKenzie et al. ont décrit les changements d’expression de Hox 7.1, désigné depuis comme Msx-1. Par hybridation in situ (HIS), ils ont montré que son expression était restreinte, aux jours 10-12 (E10-E12), au mésenchyme au contact immédiat de l’épithélium de la placode et du bourgeon initial dentaire. Son expression est maximale dans le mésenchyme dentaire au stade du capuchon et décline progressivement au stade de la cloche [47]. Des données contradictoires sont apportées par les mutant nuls Dlx-1 et Dlx- 2. Ceux-ci ne développent pas de molaires maxillaires, tandis qu’incisives et molaires mandibulaires sont normales. b) Phase de morphogenèse et cytodifférenciation initiale Formation et évolution des bourgeons dentaires : du capuchon à la cloche Rapidement, les cellules du bourgeon issu de la lame dentaire opèrent une discrimination entre les couches épithéliales périphériques et un groupe de cellules plus centrales. Au stade du bourgeon puis du capuchon (ou cupule), les couches limitantes vont donner : l’épithélium adamantin interne (EAI) et l’épithélium adamantin externe (EAE). Entre ces enveloppes, on trouve deux autres couches de cellules qui vont contribuer à la formation de l’organe de l’émail : le réticulum étoilé (SR) et la strate intermédiaire (SI) (Fig. 4 à 8). L’étape suivante est celle de la cloche. Pendant ce stade précoce, certaines étapes clés de la morphogenèse de la couronne dentaire vont se produire. Puis la cloche évolue vers un stade plus tardif où la cytodifférenciation terminale rend les cellules de l’EAI fonctionnelles. Elles deviennent d’abord des préaméloblastes, puis des améloblastes présécréteurs puis sécréteurs et, à ce titre, impliqués dans la mise en place de l’émail. L’organe de l’émail enveloppe progressivement une pulpe embryonnaire dentaire. Les préodontoblastes, cellules dérivées des crêtes neurales, subissent un certain nombre de divisions cellulaires. Au terme de ces divisions cellulaires, que l’on évalue à 14-15 mitoses successives dans la molaire embryonnaire de souris, la pénultième aboutit à l’apparition de deux cellules filles postmitotiques : • les odontontoblastes prépolarisées sont situés en regard de la couche des améloblastes et au voisinage immédiat ou au contact de la MB. Ils vont acquérir
  27. 27. 27 leur polarisation (Fig. 11) et devenir des odontoblastes polarisés sécréteurs, impliqués dans la formation de la dentine ; • la deuxième population de cellules filles issues de la dernière division cellulaire est située plus à distance de la MB, à la surface de la pulpe proprement dite. Ce sont les cellules de la couche de Höehl [48]. Elles vont rester peu différenciées. Ce sont des cellules relais, qui deviennent des odontoblastes de seconde génération, et/ou des cellules de réaction, impliquées dans la formation de dentine réactionnelle une fois épuisé le potentiel réactionnel propre des odontoblastes. Elles peuvent réactiver leur phénotype odontoblastique, étant issues des mêmes cellules mères que les odontoblastes. Sous ces deux couches superficielles, on trouve la masse organisée de la pulpe dentaire. Toute cette cascade d’événements aboutit à la morphogenèse des dents, car elle intervient dans la formation de sillons et cuspides. Les molécules impliquées dans les processus de morphogenèse sont nombreuses et leur rôle exact souvent encore mal déterminé. À ces stades de formation des couronnes, les germes dentaires sont enfouis dans le mésenchyme des mandibules et maxillaires. Puis les germes sont progressivement entourés par de l’os alvéolaire, qui vient s’adjoindre soit à la partie basale de la mandibule, soit à l’os de membrane basal des maxillaires. Un espace persiste entre l’os alvéolaire en formation et le germe dentaire, occupé par le sac folliculaire. C’est un ensemble fibreux, riche en collagènes, fibrilleset granules. Il contient des cellules de type fibroblastique, responsables de la mise en place de cette matrice extracellulaire, et bon nombre de ces cellules sont indifférenciées à ce stade. Il s’agit de progéniteurs impliqués dans ce qui deviendra le système d’ancrage de la dent dans l’os. Noeud de l’émail en tant que centre organisateur MacKenzie et al. [49] ont décrit le patron d’expression de Hox-8, désigné ultérieurement sous le nom de Mxs-2. Il s’agit d’un gène à homéoboîte. Par HIS, ils ont montré que Msx-2 apparaît d’abord dans les sites des placodes dentaires. Puis sa présence est mise en évidence dans la lame dentaire, particulièrement du côté de l’EAE. Au stade du capuchon et plus encore à celui de la cloche, le marquage se fait au niveau de structures particulières présentes dans l’organe
  28. 28. 28 de l’émail. Il s’agit de la navelle (ou ombilic), insérée sur une seule face de l’EAE, du septum et du noeud de l’émail (enamel knot), structure initialement associée à l’EAI au centre du germe dentaire (Fig. 12). Cette étape correspond à la formation d’un repli initial de l’interface épithéliomésenchymateuse (noeud de l’émail primaire). Rapidement, cette structure centrale disparaît et des noeuds de l’émail secondaires apparaissent au sommet des cuspides en formation. Au stade tardif de la cloche, le marquage passe de l’épithélium vers le mésenchyme où il se restreint aux odontoblastes. Un marquage épithélial reste cependant visible au niveau de la zone de réflexion de l’organe de l’émail, correspondant à la zone cervicale de la couronne.]. L’évidence que le noeud de l’émail joue un rôle en tant que centre organisateur repose sur les données suivantes : • la prolifération des cellules épithéliales de l’organe de l’émail et de la couche améloblastique se fait autour du noeud de l’émail ou à une certaine distance. Le marquage au BrdU (bromodésoxyuridine), marqueur des cellules en prolifération, montre que les cellules du noeud de l’émail sont immunonégatives, donc non
  29. 29. 29 prolifératives. Le marquage suggère un élargissement périphérique des marges du capuchon puis de la cloche, jusqu’à ce que le germe dentaire ait atteint son diamètre maximal ; • les cellules non prolifératives meurent par apoptose au niveau du noeud de l’émail ; • cet événement est concomitant avec la surexpression de Shh, des BMP2, BMP4, BMP7, de Fgf4 et Fgf9 donnant un marquage bien circonscrit et limité au noeud de l’émail. C’est aussi au niveau du noeud de l’émail qu’est exprimé l’inhibiteur de kinase cycline-dépendant p21, molécule étroitement corrélée à l’absence de division cellulaire [17, 51]. La membrane basale adjacente au noeud de l’émail est fortement immunomarquée par un anticorps antilaminine 5 et l’intégrine a6b4 [53]. La fibronectine, abondante dans la MB associée à l’EAI, disparaît après la mise en place d’une première couche de prédentine, et plus encore après différenciation fonctionnelle des odontoblastes. Le collagène de type IV et les protéoglycanes associés à la MB disparaissent aussi à ce stade. La formation transitoire de noeuds de l’émail primaires puis secondaires contribue à l’élaboration du « patron » morphologique de la dent en formation. La croissance latérale du germe, accompagnée d’une involution dans son centre, contribue à l’inflexion de l’EAI, donc ébauche la morphogenèse cuspidienne. De surcroît, les facteurs de croissance produits par le noeud de l’émail diffusent latéralement et contribuent à la croissance du germe et à l’acquisition de sa forme finale. Différence de prolifération :hypothèse alternative ou complémentaire In vivo, l’étude de la cinétique de la prolifération a permis d’établir que le cycle cellulaire complet du préodontoblaste demande entre 10 et 14 heures. In vitro comme in vivo, dans la molaire embryonnaire de souris, les cellules mésenchymateuses progénitrices d’odontoblastes deviennent des odontoblastes postmitotiques après un maximum de 14-15 divisions cellulaires. La différenciation initiale des odontoblastes ne peut se faire qu’en présence de l’épithélium adamantin interne [46]. Parallèlement, les préaméloblastes se divisent également, mais du fait d’un décalage fonctionnel, une division
  30. 30. 30 supplémentaire se produit pour les cellules épithéliales. Les cycles cellulaires se produisent jusqu’au jour 18 (E18), où apparaissent les premiers odontoblastes postmitotiques. Au jour 19 (E19) les premiers améloblastes postmitotiques apparaissent. Il y a donc une division cellulaire de plus. Cette dernière mitose vient amplifier la différence de nombre de cellules filles. Les préaméloblastes se trouvant déjà à l’extérieur de la couche odontoblastique, il en résulte nécessairement que le nombre d’améloblastes est supérieur à celui des odontoblastes. La différence de positionnement vient s’ajouter à la différence de vitesse de croissance, donc au nombre de cellules par compartiment (EAI d’un côté et couches externes de la papillede l’autre) qu’elle entraîne. Cela a pour conséquence la formation d’un pli (Fig. 13). La surface de chaque feuillet s’accroît à un rythme qui lui est propre, ce qui mène à une différence de taille dans un espace limité par les tissus environnants et entraîne la formation d’un pli épithélial. Ce pli attire à lui, ou aspire, le mésenchyme embryonnaire qui lui est attaché du fait des forces d’adhésion des cellules à la MB. La pression hydrostatique due aux protéoglycanes et à certains
  31. 31. 31 lipides de l’organe de l’émail pourrait aussi favoriser les glissements cellulaires latéraux de cellule à cellule et axiaux d’épithélium à mésenchyme (Fig. 14). Que ce soit pour des raisons biologiques (gènes et facteurs moléculaires) ou du fait de conséquences mécaniques, cette deuxième étape conduit à la morphogenèse de la couronne. c) Phase de cytodifférenciation terminaledes améloblastes et odontoblastes Au cours de la troisième phase de formation de la couronne, les cellules impliquées dans la synthèse, la sécrétion et l’organisation de la matrice extracellulaire vont acquérir leur cytodifférenciation terminale. Devenues postmitotiques, elles vont croître en longueur, établir solidement des complexes de jonction, et ainsi se polariser et devenir fonctionnelles [56] (Fig. 11). Cytodifférenciation des améloblastes et formation de l’émail L’architecture de l’organe de l’émail au stade de la cloche est décrite ci- dessous. Une membrane basale externe recouvre l’épithélium adamantin externe, et le sépare du sac folliculaire.
  32. 32. 32 Les membranes cytoplasmiques externes des cellules de l’EAE forment une surface continue, en puzzle, déprimée par endroits par des anses capillaires qui ne pénètrent cependant pas dans l’organe de l’émail. Les capillaires sont de type fenestrés, structure favorisant les diffusions d’origine sérique vers l’organe de l’émail. Dans la molaire, pendant la phase de formation de l’émail, les capillaires sont disposés le long de l’EAE, dont ils sont séparés par leur propre MB et celle qui isole l’organe de l’émail. Cependant, pendant la phase de maturation de l’émail, des interruptions ponctuelles peuvent laisser passer des capillaires qui pénètrent dans l’organe de l’émail et aboutissent selon les auteurs, au niveau soit du SR, soit du SI soit enfin au contact de la partie distale des améloblastes [57, 58]. Les cellules de l’EAE sont reliées à la MB externe par des hémi-desmosomes et sont réunies entre elles par des desmosomes et des jonctions de type communicantes (gap junctions). Le transfert de précurseurs s’opère par cette voie, le filtrage et le tri moléculaire étant assuré sur cette face de l’EAE par le tamis macromoléculaire que présente la MB, par des processus de diffusion transmembranaire et par des vésicules d’endocytose. Alors que les membranes cytoplasmiques externes forment un ensemble continu, des espaces intercellulaires larges permettent, une fois franchie la barrière externe, la diffusion de ces précurseurs à travers la « gelée de l’émail », gel riche en acide hyaluronique et en lipides [56]. Deux voies de diffusion s’offrent alors : • une diffusion transcellulaire, les ions ou les acides aminés passant des cellules de l’EAE aux cellules du réticulum étoilé (RE), ces cellules étant reliées par des jonctions communicantes permettant le passage de cellule à cellule de molécules de petit poids moléculaire (environ 2 000 Da) ; • une diffusion intercellulaire de plus gros précurseurs diffusant à travers le gel riche en glycosaminoglycanes et en glycolipides de l’organe de l’émail. Au niveau du SI, les espaces intercellulaires se réduisent et forment des chenaux étroits entre des cellules cuboïdes, adjacentes les unes aux autres, réunies par un système de jonctions de type desmosomes et jonctions communicantes. Un ensemble d’enzymes de transfert est associé à la surface des
  33. 33. 33 cellules du SI. Ce sont des enzymes du type phosphatase alcaline, mais aussi des enzymes mitochondriales et lysosomales. Les cellules du SI apportent l’énergie nécessaire aux transferts, sous la forme de glycogène. Outre un tri moléculaire intra et intercellulaire, un clivage est effectué par ces enzymes, produisant des fragmentations de ces précurseurs qui sont incorporés par les cellules de l’EAE, devenues préaméloblastes, puis améloblastes présécréteurs postmitotiques. Les améloblastes s’allongent, passant d’une forme ovale à une forme étirée. Leur taille s’accroît. Leur longueur initiale de 20 μm atteint 70 μm, pour une largeur à peu près constante de 3-5 μm. Leur système de jonctions intercellulaire évolue. Dans leur portion basale (au voisinage du SI), des jonctions communicantes et des desmosomes les relient entre elles et avec les cellules du SI. Dans leur portion apicale (au voisinage de la future jonction amélodentinaire), initialement, des desmosomes et quelques jonctions de type communicantes s’établissent autour des 2 à 4 μm de l’extrémité de la cellule dont le profil va évoluer (Fig. 15, 16). Aplatie d’abord, la membrane cytoplasmique apicale de l’améloblaste présécréteur prend un profil en dents de scie du fait d’évaginations épithéliales qui pénètrent de quelques micromètres dans une prédentine, puis dans une dentine non minéralisée. Les améloblastes dits présécréteurs synthétisent déjà les composants moléculaires de l’émail, mais ceux-ci diffusent dans une prédentine/dentine non minéralisée et poreuse, car ils ne sont pas retenus par une surface ferme. Ces composants semêlent à ceux qui sont sécrétés par les odontoblastes. L’ensembleest impliqué dans la formation d’une couche superficielle dedentine particulière : le manteau dentinaire. Les corps cellulaires des améloblastes sécréteurs peuvent très Schématiquement être divisés en trois parties : • Un tiers basal, riche en mitochondries, contenant le (et, danscertains cas, les deux) noyaux. Cette partie de la cellule assurele transfert des précurseurs vers les sites situés plus au centredu corps cellulaire, où s’opèrent les synthèses ; • Un tiers central présentant à la périphérie des citernes duréticulum endoplasmique granulaire (REG) et au centre unappareil de Golgi extrêmement long, de 50 μm environ, quis’étend jusque dans le tiers apical. L’appareil de Golgi estcomposé d’une structure unique, faite de cinq à six sacculeslibérant, à leur
  34. 34. 34 périphérie, des vésicules de sécrétion quimigrent vers le tiers apical et plus encore vers les prolongementsde Tomes où s’effectue la sécrétion. •Un tiers apical où le REG s’interrompt, laissant place à deslysosomes et à des vésicules de sécrétion. Les lysosomes contrôlentla conformité moléculaire des produits de sécrétion etachèvent la dégradation des peptides de réabsorption. La transition améloblastes présecréteurs-améloblastes sécréteursse fait graduellement. Les premières « touffes » d’émaildéposées sur une dentine qui est devenue plus compactes’épaississent (tuft proteins et amélogénines), confluent etfinissent par former une couche initiale d’émail aprismatique interne (Fig. 17, 18). La dégradation immédiate de cette couche amélaire par desenzymes de type métalloprotéases (MMP2, MMP20) entraîne laréabsorption des fragments moléculaires, mais aussi l’accumulationtransitoire de ces peptides et de structures amorphes decaractère lipidique au-dessus de la couche d’émail aprismatiqueen formation. Les résidus compriment l’extrémité apicale des améloblastes et, les jonctions intercellulaires étant situées entre2 à 4 μm plus haut, l’extrémité de l’améloblaste. Ces résidus etles languettes d’émail interprismatique qui commencent à seformer provoquent la formation d’une forme triangulaire dans la zone apicale de la cellule, le prolongement de Tomes.
  35. 35. 35 Le complexe de jonction apical évolue, des jonctions étroites et étanches (tight junctions) venant à se former. Ainsi, les cellules contrôlent étroitement les voies de transfert des protéines de l’émail en formation et leur maturation initiale. Sous ces jonctions intercellulaires apicales se situe un compartiment extracellulaire étanche. De part et d’autre des prolongements de Tomes, des languettes d’émail interprismatique commencent à se former, puis, les logettes contenant les prolongements apicaux des améloblastes vont ultérieurement se combler, donnant naissance à des prismes (émail intraprismatique). L’ensemble inter- et intraprismatique qui se forme est un émail prismatique. À ce stade, NBCe1, un cotransporteur du bicarbonate de sodium, est exprimé au niveau de la membrane basolatérale des améloblastes sécréteurs, tandis que AE2, un échangeur d’anions, est exprimé au niveau de la membrane apicale. Les prolongements de Tomes sont des structures qui présentent deux parties. Une partie proximale est impliquée dans les sécrétions et les réabsorptions. En son centre, on voit des granules denses (grains de Prenant). La partie apicale (ou distale) passe de façon cyclique d’une forme triangulaire à des structures effilées, comprimées par l’émail intraprismatique en formation, créant des reliquats écrasés contre les parois d’émail interprismatique. Des résidus membranaires riches en cholestérol sont pris au piège de la formation de l’émail prismatique et constituent des résidus lipidiques qui, après dégradation, pourraient contribuer aux processus de minéralisation, sans toutefois affecter la forme et le rôle de vésicules matricielles Une fois l’ensemble de l’émail prismatique mis en place, le déplacement axial et longitudinal, étire le prolongement de Tomes, qui devient résiduel et disparaît graduellement. Ce processus s’accompagne de l’élargissement de l’émail interprismatique. Quand le prolongement de Tomes a disparu, l’émail produit en surface devient aprismati- que. On observe alors la formation d’une couche d’émail aprismatique externe. L’ensemble amélaire subit des processus de maturation. Une membrane basale externe se reforme entre l’émail en cours de maturation et les améloblastes postsécréteurs. Dans l’émail, des protéases identifiées comme étant du type kallikréine(KLK4) et l’activité de type enzymatique de la phaseminérale instable sur un plan thermodynamique des cristallites en cours de croissance contribuent à dégrader les protéines transitoires de l’émail, qui sont
  36. 36. 36 désorbées de l’émail en cours de maturation. Elles franchissent la nouvelle MB externe et sont internalisées par les améloblastes postsécréteurs. Deux types d’améloblastes postsécréteurs ont été identifiés :  Des améloblastes à extrémité plissée, qui sont majoritaires,  Et des améloblastes à extrémité mousse (ou lisse). Les améloblastes à extrémité plissée présentent un complexe de jonction étanche dans leur tiers apical. Les résidus peptidiques issus de la dégradation de la matrice amélaire en maturation s’engagent dans les replis de la membrane apicale. Des enzymes associées à la membrane cytoplasmique contribuent à leur internalisation. Les replis membranaires fusionnent partiellement, persistant sous la forme de petites vésicules d’internalisation. Ces vésicules sont transférées vers le tiers central où siègent des grands lysosomes, achevant la dégradation de ces protéines transitoires. De nombreuses mitochondries assurent le transit entre le tiers apical et le tiers médian. Les améloblastes à extrémité mousse ne sont liés entre eux que par des desmosomes et quelques jonctions communicantes dans leur tiers basal. L’appareil de Golgi est réduit, ainsi que le REG, mais une activité de synthèse et de sécrétion perdure, accompagnant les transferts de calcium et de phosphate qui viennent enrichir l’émail en cours de maturation. L’émail, initialement translucide et apparaissant sous la forme d’un gel, devient blanc crayeux, avant de se pigmenter du fait de diffusion de pigments sanguins. Le fer de l’hème sérique contribue pour l’essentiel à cette pigmentation. L’organe de l’émail devient la papillede l’émail. Le RE diminue de taille. Les espaces intercellulaires sont envahis par des cellules macrophagiques, qui contribuent à éliminer les résidus cellulaires issus de l’apoptose des améloblastes dont le nombre va en diminuant de moitié, et à faire disparaître les déchets des molécules désorbées. Les capillaires accentuent leur pression sur la surface externe de la papille de l’émail. Les améloblastes restants font enfin fusion avec couche de l’épithélium de jonction (au moins ence qui concerne l’incisive). Ils constituent les éléments résiduelsde la cuticule de Nasmyth, recouvrant la surface de la couronne de dents à croissance limitée, structure éphémère qui sera éliminée mécaniquement après éruption de la dent [56].
  37. 37. 37 Cytodifférenciation des odontoblastes  Formation des dentines coronaires Les dentines coronaires incluent le manteau dentinaire et les dentines circumpulpaires. Avant l’éruption et la mise en fonction de la dent, il s’agit de dentine primaire. Les cellules dérivées des crêtes neurales migrent vers les bourgeons mandibulaire et maxillaire du premier arc branchial et les dérivés maxillaires du bourgeon nasofrontal. La condensation se fait en regard des bourgeons dentaires de la lame dentaire. Le mésenchyme dentaire puis la pulpe embryonnaire se trouvent englobés par l’organe de l’émail. L’ensemble passe successivement par les stades du bourgeon, puis du capuchon puis de la cloche. Les cellules dérivées des crêtes neurales entrent en mitose pour un nombre précis de divisions cellulaires. Elles migrent depuis la pulpe embryonnaire vers la périphérie. La dernière division cellulaire de ces préodontoblastes (la 14-15e dans la molaire de souris) conduit à la formation de deux cellules filles. La cellule fille la plus à distance de la membrane basale s’incorpore dans la couche des cellules de Höehl, tandis que celle qui est proche de la MB va se différencier en odontoblaste. Les odontoblastes sont des cellules postmitotiques. Leur cytodifférenciation terminale va les faire passer par un stade de polarisation, puis entrer dans une phase fonctionnelle sécrétrice. Les cellules de la couche de Höehl peuvent réactiver leur différenciation et devenir des odontoblastes quand, à la suite d’une agression modérée et lente (lésion carieuse, préparation d’une cavité de restauration, mise en place d’un matériau de faible cytotoxicité), elles sont appelées à remplacer les odontoblastes afin d’élaborer une nouvelle barrière de défense, la dentine réactionnelle. Les odontoblastes prépolarisés, cellules de type fibroblastique, sont parallèles dans un premier temps à la MB avec laquelle ils établissent des contacts ponctuels. Ces cellules expriment, sur l’ensemble de la membrane cytoplasmique, des récepteurs aux sucres, ainsi que le met en évidence l’interaction avec laconcanavaline A (ConA). Rapidement, elles se mettent enposition perpendiculaire à la MB.
  38. 38. 38 Une fois leur différenciation bien engagée, les odontoblastes expriment la desmoplakine dans le cytoplasme des prolongements cellulaires. Cette protéine est associée à la vimentine. Dans la portion distale des corps cellulaires, l’alpha-actinine, la tropomyosine, la vinculine et l’actine sont généralement associées. Dès le stade de différenciation initial, mais plus encore pour la cellule différenciée, la connexine 43 est exprimée dans les sites distaux de formation de jonctions de type communicantes (gap junctions) des odontoblastes. Les odontoblastes sont des cellules ciliées dans la zone supranucléaire. Une protéine liant le calcium, la calbindine D28K, est présente à la base du cil L’incorporation de précurseurs radiomarqués se fait dans le REG, passe par l’appareil de Golgi puis par les vésicules de sécrétion. Le contenu des vésicules est libéré au pôle apical des odontoblastes, dans la partie basale/proximale de la prédentine. Selon le précurseur utilisé, on a pu observer que les acides aminés sont incorporés dans le RER, tandis que les sucres radiomarqués le sont au niveau de l’appareil de Golgi. Les fibrilles de collagène de type I ont un diamètre accru entre la partie proximale où les fibrilles de tropocollagène natives sont sécrétées et la partie distale de la prédentine. Elles servent de support aux protéines non collagéniques et le processus de minéralisation est initié ensuite dans la zone distale de transition entre prédentine et dentine. La proline tritiée hydroxylée sous la forme d’hydroxyproline est un élément constitutif du collagène. Le radiomarquage apparaît à 30 minutes, s’amplifie et remplit l’ensemble de la prédentine en 4 à 6 heures. Au-delà de ce temps, une bande radiomarquée apparaît au front de minéralisation. Elle ne migre pas et reste stable en densité. Elle est graduellement recouverte par une dentine nouvellement apposée, non marquée, à raison de 3-4 μm/j. L’injection de sérine tritiée ou de phosphate radiomarqué, précurseurs incorporés dans les protéines phosphorylées et en particulier dans la sialophosphoprotéine dentinaire, se traduit par la diffusion du précurseur en direction du front de minéralisation où l’apposition se produit dès 30 minutes [68]. Ces protéines sont associées aux processus de minéralisation. Le vieillissement des odontoblastes les conduit à une activitéde synthèse qui va en se réduisant. La durée de vie des odontoblastes reste un sujet ouvert. Couve,
  39. 39. 39 à partir de l’analyse de la forme du nucléole, en déduit que l’activité de synthèse et sécrétion d’un odontoblaste couvre une période allant de 2 à 4 ans. Selon d’autres données, cette durée serait beaucoup plus longue, elle pourrait même couvrir la totalité de la vie du sujet selon l’espèce considérée. Il n’en reste pas moins vrai que les odontoblastes sont disposés sur plusieurs rangées tant au commencement de l’odontogenèse qu’arrivés à la phase mature. En outre, et en dépit de l’absence de divisions cellulaires (les odontoblastes étant des cellules postmitotiques), on peut mettre en évidence des processus d’apoptose à leur niveau. Il y a donc bien processus d’élimination de cellules devenues incapables de produire de la dentine. Cela traduit que les odontoblastes ont une durée de vie et d’activité bien supérieure à celle que Couve leur a assigné. Quand ils sont totalement éliminés, les cellules de la couche de Höehl peuvent prendre le relais. Elles reprennent leur différenciation terminale et deviennent des odontoblastes de deuxième génération capables de synthétiser et de sécréter de la dentine réactionnelle.  Mécanismes moléculaires : gènes, facteurs de transcription, facteurs de croissance, protéines et glyco-conjugués de la matrice extracellulaire En dehors du collagène de type I, composant principal de la matrice dentinaire, les odontoblastes sécréteurs expriment des protéines phosphorylées, en particulier la sialophosphoprotéine dentinaire (DSPP) qui, après clivage, donne naissance à la dentine sialoprotéine (DSP), à la dentine glycoprotéine (DGP) et à la dentine phosphoprotéine (DPP). Ces protéines ont longtemps été considérées comme uniques et spécifiques de la dentine, mais elles ont depuis été aussi identifiées dans l’os et dans des tissus non minéralisés. Ces molécules font partie d’une famille définie comme étant celle des small integrin binding ligand N- glycoproteins (SIBLING). Les autres membres de cette famille sont respectivement la dentine matrix protein 1 (DMP-1), présente aussi dans l’os et dans la dentine, la bone sialoprotein (BSP), l’ostéopontine (OPN), ainsi que la protéine matricielle glycosylée et phosphorylée ou MEPE. Leur déficience entraîne des dentinogenèses imparfaites (DI), se traduisant par des altérations structurales et de composition minérale.
  40. 40. 40 D’autres molécules sont exprimées par les odontoblastes : des protéines non phosphoryléestelles que l’ostéocalcine ou l’ostéonectine. Toutes cesprotéines sont des protéines de structure, mais un bon nombre s’avèrent être également des molécules impliquées dans l’activation de voies de signalisation. Des protéoglycanes (PG) de petit poids moléculaire, les small leucine-rich proteoglycans (SLRP) telles les chondroïtines sulfates/dermatan sulfates (décorine, biglycan) et des kératan sulfates (lumican, fibromoduline) sont impliqués dans les processus de minéralisation, comme le démontrent les altérations observées sur les souris déficientes en PG. Des protéines telles l’a2HS glycoprotéine et l’albumine ne sont pas synthétisées par les odontoblastes, mais diffusent à partir du sérum sanguin et s’accumulent dans la matrice de tissus minéralisés. L’analyse des fractions minéralisées et déminéralisées de la dentine met en évidence des lipides. Les deux tiers sont associés aux membranes cellulaires (prolongements odontoblastiques) et résidus membranaires. Le tiers associé à la phase minérale a une composition différente. Il est riche en phospholipides acides. L’altération du gène codant pour la sphyngomyéline phophodiestérase entraîne une forme de dysplasie dentinaire associée à une ostéogenèse imparfaite de type non collagénique. Des facteurs de croissance tels le transforming growth factor beta 1 (TGFb1), le FGF-2 et les insulin-like growth factor 1 et 2 (IGF-1 et 2) ont été identifiés dans la dentine. Leurs rôles sont encore mal compris. Enfin, au niveau de la dentine ainsi que des odontoblastes, on trouve des enzymes telles que des métalloprotéases (collagénases, gélatinases, donc MMP-2 et MMP- 9, une stromelysine 1 [MMP-3] impliquée dans la dégradation de protéoglycanes. On met en évidence aussi la MMP20 ou enamélysine. L’expression de la phosphatase alcaline et celle de la phosphatase acide sont associées respectivement aux phénomènes de minéralisation et aux processus de dégradation. 3. Formation de la racine et couplage à l’éruption de la dent
  41. 41. 41 A. Gaine de Hertwig : différenciationdes odontoblastes de la pulpe radiculaire,formation des dentines radiculaires La période de formation de la couronne constitue un tout en soi. Les couches d’émail et de dentine superficielles sont déposées et, sous l’organe de l’émail, délimitent la périphérie de la dent. La zone de réflexion de l’organe de l’émail où l’épithélium adamantin externe et l’épithélium adamantin interne se rejoignent pour former une double couche épithéliale, en général dépourvue de cellules des strates étoilées et intermédiaires, conserve des propriétés particulières en termes de prolifération et d’expression de gènes et de molécules. Ainsi, Msx-2 est exprimé au stade de la cloche tardive par les cellules de l’épithélium adamantin externe au niveau de la zone de réflexion. Ce même site est riche en récepteurs de lectines, en particulier de BSL-1 et de PNA. Dans un premier temps, les cellules de la bordure extrême de la zone de réflexion se divisent. Cette prolifération conduit à la formation d’une amorce de collerette au niveau de la zone cervicale. Chez l’humain, il en résulte une division de l’espace situé à la base du germe en deux parties pour les molaires mandibulaires biradiculées, et en trois parties pour les molaires maxillaires, qui présentent trois racines distinctes. Ce processus amorce le temps initial de la formation de racines dit phase prééruptive ou encore phase d’éruption primaire. Cette phase initiale est dissociée de l’éruption L’amorce de gaine de Hertwig à partir de la zone de réflexion de l’organe de l’émail aboutit à la formation d’un double feuillet épithélial. On a alors deux
  42. 42. 42 couches de cellules épithéliales plus ou moins cuboïdes, qui vont ultérieurement perdre la continuité avec l’organe de l’émail quand la phase d’éruption proprement dite va commencer. Dans quelques cas, les cellules du stratum intermedium ou du réticulum étoilé peuvent être observées, mais de façon sporadique Les cellules de la couche interne de la gaine de Hertwig ont un volume plus important que celles de la couche externe. Il s’agit de la couche papillaireou pulpaire. Elles sont alignées en colonne. Des jonctions de type desmosome et communicantes les relient. Elles sont riches en phosphatase alcaline, surtout celles présentes dans la partie apicale de la gaine attachée au« diaphragme », zone rétrécie qui réduit au fur et à mesure l’espace apical. Les cellules expriment des enzymes oxydatives telles que la lactate déshydrogénase, la succinodéshydrogénase et la glucose-6- phosphate déshydrogénase. Elles sont le siège d’activités de type hydrolases. On trouve en particulier de la phosphatase acide, au niveau des odontoblastes et de la partie attachée du diaphragme. Ces cellules ont un gros noyau et peu de cytoplasme. Elles sont en continuité avec l’épithélium adamantin interne (ou améloblastes). Les cellules de la couche externe sont plus fusiformes et aplaties.Là aussi, le rapport nucléocytoplasmique est en faveur du noyau. Il s’agit de la couche
  43. 43. 43 folliculaire, car elles font face au sac folliculaire. Elles sont en continuité avec l’épithélium adamantin externe. Ces cellules sont souvent ciliées. Elles sont réunies par des jonctions de type desmosome et des jonctions communicantes (gap junctions). Deux membranes basales, interne et externe, les isolent des deux mésenchymes adjacents : celui du sac folliculaireet celui de la pulpe embryonnaire. Les cellules épithéliales sont reliées par des hémi-desmosomes à la MB. Les cellules de la partie apicale de la gaine de Hertwig vont rester solidarisées. En revanche, le phénomène d’éruption étire la gaine au niveau cervical. Des fissures et des ruptures apparaissent dans la partie distale de la gaine et les cellules épithéliales se dissocient graduellement. La formation de la racine passe par une séquence d’événements. Les cellules de la gaine de Hertwig délimitent un mésenchyme pulpaire ou pulpe embryonnaire. Les cellules mésenchymateuses expriment de la fibronectine, molécule qui disparaît quand les odontoblastes induits se polarisent et deviennent fonctionnels. Comme dans la zone coronaire, les odontoblastes produisent une prédentine dont la partie externe se transforme graduellement en dentine d’abord non minéralisée, puis qui se minéralise. De même, la laminine, le collagène de type IV et les cytokératines disparaissent quand la dentine radiculaire commence à se former. Les cellules de l’épithélium interne de la gaine de Hertwig ne se différencient pas en améloblastes, mais participent directement à la formation de la première couche de cément acellulaire. Ce processus s’effectue sous double influence : Shh, Dlx2 et Patched 2 sont exprimés par les cellules épithéliales de la gaine de Hertwig, tandis que Nfic, Gli1, Patched1 et Smoothenedsont exprimés par les cellules mésenchymateuses. La surexpressionde TGFb1 provoque l’absence de formation de racine. L’extrémité libre de la gaine de Hertwig ou diaphragme épithélial joue un rôle majeur dans ces processus de cytodifférenciation. Le diaphragme occupe une position fixe pendant toute la phase d’éruption qui accompagne la rhizagenèse (formation de la racine). Cette zone est identifiée aujourd’hui comme une niche de cellules souches ou de cellules progénitrices. Sa présence est déterminante pour stimuler successivement : • le recrutement et la différenciation des odontoblastes radiculaires
  44. 44. 44 • la polarisation terminale de ces cellules et l’acquisition de leur fonctionnalité. La rhizagenèse passe donc par une succession d’événements : • mise en place d’une prédentine donnant une dentine d’abord non minéralisée, puis une dentine minéralisée. Cette étape aboutit au niveau radiculaire à la formation de la couche hyaline de Hopewell-Smith, puis à celle de la couche granulaire de Tomes qui constituent les dentines radiculaires périphériques. Ces couches résultent de l’absence de coalescence de calcosphérites, avec persistance d’espaces interglobulaires non minéralisés. • Formation d’une dentine circumpulpaire de type fibrodentine sur les parois distales et mésiales, contrastant avec une dentine de type dentine tubulaire aux pôles labiaux et linguaux ; • Ultérieurement, sur cette première couche de dentine périphérique, on observe la sécrétion initiale de cément, couche dite de cément intermédiaire. B. Éruption Trois phases distinctes La phase d’odontogenèse pendant laquelle se forme la couronne correspond à un stade prééruptif. Pendant cette phase prééruptive, une très faible migration est effectuée par la dent au sein des maxillaires et de la mandibule en formation et encore très peu minéralisés. Quelques millimètres de racine sont formés, sans accompagnement d’éruption. Le développement de la racine passe ensuite par un stadeéruptif-préfonctionnel. La phase éruptive préfonctionnelle se poursuit jusqu’à ce que la dent rencontre son antagoniste. Le hamac épithélial conserve une position fixe. La racine s’allonge en direction du plan d’occlusion, mouvement ascendant pour les dents mandibulaires, descendant pour les dents maxillaires. Seule la portion apicale de la gaine de Hertwig reste entière et fonctionnelle. Le long de la racine en cours d’allongement, la partie de la gaine enveloppant la racine s’étire et se déchire au fur et à mesure de la migration de la dent. Les reliquats de la gaine de Hertwig contribuent à la formation des résidus épithéliaux de Malassez. Ils pourraient être en continuité avec les cellules de l’épithélium de jonction, au fond du sillon gingival.
  45. 45. 45 Puis on atteint un stade fonctionnel. L’occlusion entraîne des effets d’abrasion, donc la nécessité de processus de compensation au niveau de la dent. Le tout s’accompagne de dérive mésiale de la dent et parfois de phénomènes de rotationversion-torsion. En parallèle, la cémentogenèse permet de garder une longueur de racine mécaniquement équilibrée. Cette phase fonctionnelle éruptive accompagne la dent plus tardivement. Elle est destinée au maintien de la position et à la double compensation de l’abrasion occlusale et proximale. Pendant la phase prééruptive ou éruption primaire, on note un encombrement des dents temporaires et permanentes surtout dans le secteur antérieur, qui sera graduellement modifié par la croissance osseuse. Les molaires temporaires reculent tandis que les germes des dents antérieures avancent. Les germes des dents définitives sont en position linguale dans le secteur antérieur. Les mouvements globaux asymétriques des germes sont accompagnés par la résorption de la face mésiale de la crypte et par de la formation osseuse sur la face distale. On observe, lors de la formation de la dent, qu’elle est entourée par le sac folliculaire et par l’os de la crypte. Mécanismes de l’éruption Les mécanismes de l’éruption ne sont pas entièrement élucidés. Il s’agit d’un ensemble de forces qui conduisent axialement la dent depuis sa position de développement jusqu’àsa position fonctionnelle dans le plan occlusal Quatre groupes d’hypothèses ont été avancés. Actuellement,seul le rôle du sac folliculaire et les modifications induites au sein de l’alvéole osseuse sont retenus comme fondés [78].  Formation de la racine comme moteur principal de l’éruption La couronne s’élève dans l’os au fur et à mesure de la formation de la racine. Cependant, la fixation du germe à l’os entraîne une résorption à la base de l’alvéole et la croissance de la racine produit des forces qui résorbent l’os (présence d’ostéoclastes). Mais ce processus ne se traduit pas par un processus d’éruption. La niche de cellules progénitrices identifiées à l’apex des dents contribue à la formation de la racine et au renouvellement des cellules du complexe parodontal.
  46. 46. 46 La théorie du hamac fibreux situé à la base de la dent n’estplus retenue comme plausible. D’une part, il ne s’agit pas d’un ligament, mais d’un effet d’agrégation de protéines matricielles dans l’espace apical de Black, suite aux techniques de fixation histologiques ; d’autre part, des dents pratiquement dépourvues de racine font leur éruption, qu’il s’agisse de données expérimentales, les dents étant sectionnées chirurgicalement, ou de données cliniques de dents génétiquement altérées à racines très brèves.  Pression vasculaire pulpaire La pression vasculaire au niveau de la pulpe pourrait contribuer à l’éruption de la dent. Expérimentalement, la transsection de l’incisive de rat vise à l’abolition de la pression vasculaire qui devrait supprimer la croissance radiculaire. Elle aboutit cependant à l’éruption du fragment distal. Certains auteurs ont présumé que les capillaires fenestrés pourraient jouer un rôle dans le processus d’éruption.  Formation et maturation du ligament parodontal Un rôle potentiel a été attribué au ligament alvéolodentaire (LAD) : • une pression hydrostatique du LAD qui peut être liée à sa vascularisation. L’hydratation des espaces intercollagéniques, riches en glycosaminoglycanes présents sous la forme d’un gel, pourrait jouer un rôle dans la résilience du LAD ; • une migration des fibroblastes (myofibroblastes) : des forces contractiles sont produites par ces cellules quand elles sontmises en culture sur des gels de collagène ; • une maturation du collagène qui passe par le raccourcissement du collagène natif (tropocollagène) qui devient un collagène mature plus court. Le renouvellement du collagène est plus rapide dans la partie basale de la racine que dans sa portion médiane. Ce processus est plus lent dans la zone cervicale. Toutefois, chez le rat atteint d’ostéopétrose, le LAD est bien formé, mais il n’y a pas d’éruption en l’absence de résorption osseuse. L’implantation de précurseurs ostéoclastiques restaure l’éruption. Aucune de ces trois hypothèses de travail n’a abouti à la compréhension des mécanismes d’éruption. Une quatrième hypothèse est aujourd’hui retenue.  Changements de l’os alvéolaire liés au follicule dentaire
  47. 47. 47 Ce dernier groupe d’hypothèses met l’accent sur l’environnement osseux de la dent. De fait, on met en évidence : • l’interdépendance os alvéolaire et éruption dentaire ; • une altération de l’ostéolyse, lors d’ostéopétrose par exemple, entraîne un retard ou l’absence d’éruption ; • l’examen de l’alvéole montre dans la partie supérieure L’existence de nombreuses lacunes de Howship, dues aux ostéoclastes. Dans la zone intermédiaire, un aspect lisse est observé, significatif d’une phase de repos, alors qu’à la base de l’alvéole, on observe une formation trabéculée ; • une série d’expériences, menées chez le chien, montre que si l’on ôte le germe chirurgicalement, il est possible de suivre radiologiquement l’éruption de l’alvéole désaffectée. Si l’on implante dans la loge alvéolaire vidée de son germe une fausse dent en plastique ou en métal, il est possible de suivre l’éruption de la fausse dent. Ces phénomènes se réfèrent aussi à l’existence du gubernaculum dentis, point d’interruption osseuse sous-muqueux et site initial d’éruption dans la cavité buccale. Les canaux gubernaculaires sont des reliquats de la lame dentaire. Cette interruption du tissu osseux est élargie par les ostéoclastes et oriente l’éruption. Mécanismes moléculaires Le facteur stimulant la formation de colonies (CSF-1) accélère l’éruption de molaires de rat, mais pas celui des incisives. Inversement, l’injection de dexaméthasone accélère l’éruption de l’incisive, mais pas celui de la molaire. Il est donc difficile de dégager un concept clarifiant le mécanisme général de l’éruption. Les médiateurs suivants ont été impliqués dans l’éruption de la dent : l’EGF (qui stimule l’expression du TGFb1 et celle de l’interleukine 1a [IL1a]), le récepteur de l’EGF, le colonystimulating factor-1 (CSF-1), le receptor activator for nuclear factor kappa B (RANKL), c-Fos, l’ostéoprotégérine (OPG), l’Il-1a, le TGF-b1, le parathyroid hormone-related protein (PTHrP), Cbfa1, le tumor necrosis factor alpha (TNF-a), le vascular endothelial growth factor (VEGF), la BMP-2, la secreted frizzled-related proteine 1 (SFRP-1) [82, 83].
  48. 48. 48 À ces molécules, il faut ajouter des enzymes (protéine kinase C [PKC] et protéine kinase A [PKA]), ainsi qu’un certain nombre de protéases. Sont particulièrement impliquées : • des MMP : MMP-8 (collagénase) et MMP-13 (action mineure) ; • les disintégrines ADAMTS1, ADAMTS4, ADAMTS5, qui sont impliquées dans le clivage d’un protéoglycane : le versican ; • MT-1 MMP. Comme preuve, on a pu montrer que la souris MT1-MMP–/– a des racines courtes et une éruption dentaire retardée. C. Cémentogenèse Différents types de céments Plusieurs types de céments sont observés sur la racine humaine. Leur formation respective est fonction de celle de la racine, en cours d’édification ou ayant achevé son édification, puis de l’adaptation aux mouvements de la dent lors de la fonction masticatoire. On décrit, depuis la partie cervicale jusqu’à la partie apicale: • le cément acellulaire afibrillaire(CAA). Il est homogène, dépourvu de cellules et de fibres de collagène. Il forme unebande située à la jonction amélodentinaire. Sa fonction est inconnue. Il résulte de la précipitation spontanée d’ostéopontine et de phosphatase alcaline • le cément acellulaire à fibres extrinsèques (CAFE). Il a entre 100 et 300 nm d’épaisseur. Les fibres de Sharpey qui le constituent sont formées de collagène. Elles se prolongent au travers du LAD jusqu’à l’os alvéolaire. Il ne contient pas de cellules (cémentoblastes et cémentocytes). Situé depuis la zone cervicale jusqu’à la moitié de la racine, il contribue à l’ancrage de la dent ; • le cément cellulaire à fibres intrinsèques (CCFI). Les fibres intrinsèques sont sécrétées par les cémentoblastes devenus des cémentocytes. Il est présent dans la zone apicale, sur les surfaces inter-radiculaires, dans les lacunes de résorption et dans les sites de fracture. C’est le cément de réparation et il joue un rôle d’adaptation aux forces qui s’exercent sur la dent ; • le cément acellulaire à fibres intrinsèques ou acellular intrinsic fiber cementum (CAFI). Il a une épaisseur de 15 μm environ. Sa formation est confinée pendant
  49. 49. 49 la rhizagenèse à une bande de 200-300 μm de longueur qui demande chez l’humain une période de 5,8-6,7 années. La couche initiale formée a été appelée « couche superficielle de dentine radiculaire », « couche interne de cément », ou « cément intermédiaire ». Elle diffère de la couche granuleuse de Tomes et de la couche hyaline de Hopewell-Smith toutes deux couches externes du manteau dentinaire. C’est une zone riche en OPN et BSP. La séquence de formation suppose d’abord la minéralisation de la matrice externe dentinaire, puis, classiquement, on décrit une phase de désorganisation de la gaine de Hertwig avec des fenestrations des couches externes et internes et le dépôt de fibres de collagène à la surface de la dentine. On n’observe pas de cellules. Le CAFI est situé dans la portion apicale et inter-radiculaire, il a essentiellement un rôle adaptatif ; • le cément mixte stratifié, cellulaire (CMSC). Il est composé de strates successives acellulaires et des cémentocytes sont inclus dans les couches cellulaires. On y détecte à la fois des fibres de collagène intrinsèques et des fibres de Sharpey (extrinsèques). Ce type de cément est situé dans la zone apicale et sur les surfaces radiculaires. Il sert à l’adaptation de la dent aux forces mécaniques continues qui s’exercent sur lui, et à l’ancrage de la dent dans son alvéole osseuse. Cémentogenèse primaire Cette étape initiale de la cémentogenèse se produit pendant l’initiation de la formation de la racine. Elle accompagne la phase de désorganisation de la gaine de Hertwig. À ce stade, deux groupes de travaux mettent respectivement l’accent sur : • le fait que les cellules épithéliales (couche interne) de la gaine de Hertwig jouent un rôle majeur en déposant une couche initiale de cément (ou couche cémentoïde) sur la couche de dentine hyaline de Hopewell-Smith. Des immunomarquages et la détection de protéines in vitro tant biochimiquementque par HIS suggèrent que les cellules épithéliales subissent une interconversion phénotypique et deviennent des cémentoblastes impliqués dans cette phase initiale de la cémentogenèse. Les cellules épithéliales acquièrent progressivement un phénotype conjonctif tout en sécrétant des protéines amélaires, des « enamel-related proteins ». Il ne s’agit pas d’amélogénines, mais de protéines qui contiennent des domaines de type amélogénine, de
  50. 50. 50 l’améloblastine (ou améline) et des protéines cémentaires. Vient renforcer cette hypothèse le fait que les cémentoblastes, après rupture de la gaine de Hertwig, expriment de la vimentine. Il est également frappant de voir qu’avant l’éruption, les cytokératines sont restreintes aux cellules épithéliales, sauf pour ce qui concerne les cémentoblastes associés à la formation du cément acellulaire, qui continuent à exprimer des cytokératines. Cela vadans le sens de différences phénotypiques entre les cémentoblastesimpliqués dans la formation du cément acellulaire (cémentogenèse primaire) et les cémentoblastes associés à la formation du cément cellulaire et mixte (cémentogenèse secondaire) ; • le concept le plus généralement admis est que les cellules du sac folliculaire sont responsables de la formation de cément et que la cémentogenèse ne s’opère qu’en l’absence de cellules épithéliales de la gaine de Hertwig. Les cellules épithéliales de la gaine de Hertwig se dissocient. Elles laissent des interstices par où les fibroblastes du sac folliculaire s’insinuent entre les cellules épithéliales et sécrètent le matériel finement fibrillairequi se dépose sur la surface externe de la dentine radiculaire. Des éléments collagéniques puis des fibrilless’alignent contre la surface dentinaire en voie de minéralisation. La gaine de Hertwig disparaît progressivement avec la formation/éruption de la dent. Tandis que la gaine poursuit sa désagrégation, on observe une augmentation des composants cellulaires et fibrillaires du sac folliculaire. Les cellules du follicule dentaire forment une population hétérogène. Elles se composent essentiellement de fibroblastes du ligament alvéolodentaire (LAD), mais, au sein de cette population, on trouve aussi des cellules mésenchymateuses progénitrices. À partir d’une couche unicellulaire de cellules cuboïdes, on voit se différencier des cémentoblastes. Ces derniers forment une couche pluricellulaire, contenant des cellules aplaties, avec digitations et prolongements. Elles ont entre 8 et 12 μm de diamètre. Le noyau est central. Le cytoplasme est riche en ribosomes. Le réticulum endoplasmique granulaire est abondant. Les dictyosomes de l’appareil de Golgi sont bien développés. Parmi les organelles cellulaires, on observe des mitochondries, mais sans excès. Ces cellules produisent du collagène et des protéines non collagéniques. Une comparaison entre cémentoblastes et fibroblastes met en évidence les points détaillés dans le Tableau.
  51. 51. 51 Une synthèse des deux hypothèses a été proposée par Zeichner-David et al. Ils proposent que le cément acellulaire soit mis en place par des cellules dérivées de la gaine de Hertwig et essentiellement pendant la cémentogenèse primaire, tandis qu’ultérieurement les cémentoblastes, dérivés des crêtes neurales, soient impliqués dans la formation de cément cellulaire Les cémentoblastes sont des cellules ostéoprogénitrices. Un anticorps spécifique des ostéoblastes réagit fortement avec les cémentoblastes et les cémentocytes nouvellement formés du cément cellulaire. L’interaction est positive aussi pendant la phase de formation du cément acellulaire. Cependant, les cellules associées à la formation de cément acellulaire n’expriment ni le TGFb ni l’IGF-1. Les cémentoblastes, contrairement aux ostéoblastes, ne synthétisent pas de phosphatase alcaline. Donc, ostéoblastes et cémentoblastes partagent quelques caractéristiques phénotypiques, mais pas toutes. Enfin, des différences sont notables entre cémentoblastes associés à la formation de cément acellulaire et cémentoblastes associés à la formation de cément cellulaire. Cémentogenèse secondaire Il s’agit d’un processus de réparation normal et de maintenance de la dent mature. Il implique la présence de cellules dont le phénotype est celui du cémentoblastes cémentocytes. La cémentogenèse secondaire se traduit par la formation d’une couche de cément acellulaire à fibres extrinsèques. La formation se fait à raison de 0,06-0,13 μm/j. La minéralisation se fait sous la forme de globules (calcosphérites). L’épaisseurs’accroît de 1,8 à 3,4 μm/an, avec des

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