Soutenance mémoire
Cellules souches adultes
Une cellule souche est douée d’auto-renouvellement
Les cellules souches sont définies comme ayant une capacité d’auto-renouvellement, c’est-àdire qu’elles sont capables de subir des divisions symétriques au travers desquelles la population originelle de cellules souches est maintenue. Les divisions symétriques impliquent que les cellules filles conservent les caractéristiques propres d’une cellule souche (ULLOA-MONTOYA et al., 2005). Les cellules souches sont capables de s’auto-renouveler pendant de très longue période. Il reste encore à comprendre pourquoi elles conservent aussi longtemps leur capacité d’autorenouvellement. En effet, à chaque fois que le génome se réplique, il y a des erreurs dans l’ADN (acide désoxyribonucléique).
Les cellules souches des mammifères possèdent des mécanismes de surveillance qui détectent les erreurs de réplication et éliminent les cellules dans lesquelles apparaissent ces erreurs. Il y aurait intervention de la protéine p53 bien connue pour son rôle de facteur anti-tumoral et pro-apoptotique, et de la protéine Rb, elle aussi facteur anti-tumoral. Ce mécanisme éviterait ainsi la formation de tumeur par mutation d’une cellule souche et prolifération de cette cellule mutée (MORRISON et SPRADLING, 2008). Les cellules souches possèdent enfin une capacité unique à protéger les télomères de leurs chromosomes. En effet, toutes les cellules souches expriment le marqueur de la télomérase qui est spécifique de ces cellules (Figure 1). La télomérase est une enzyme qui évite qu’à chaque division cellulaire, le télomère, correspondant à l’extrémité du chromosome ne soit pas répliqué et soit alors perdu. Cela permet donc de maintenir le génome au complet (ASAHARA et al., 2000).
Identification invivo
Le marquage des cellules in vivo est encore de nos jours extrêmement délicat et représente un obstacle à l’utilisation des cellules souches (MORRISON et SPRADLING, 2008). Certaines des propriétés des cellules souches ont donc préférentiellement été utilisées chez la Souris, pour les marquer. Ainsi, la propension qu’ont ces cellules à retenir le Bromodéoxyuridine (BrdU) est lié à une tendance inattendue qu’ont les cellules souches à se diviser plus lentement que leurs descendants. Ces méthodes se sont cependant montrer moins sûres que l’utilisation de marqueurs cellulaires (MORRISON et SPRADLING, 2008). Il est également possible d’utiliser la technique du « fate-mapping » pour localiser et ainsi déterminer l’origine et le devenir des cellules souches chez des souris transgéniques. Cette technique vise à marquer les cellules d’intérêt au sein d’un embryon et à suivre leur migration au cours du développement embryonnaire (LI et XIE, 2005). De cette façon, il est possible de tracer le devenir d’une cellule souche au sein d’un organisme et ainsi d’identifier les lignages cellulaires qui en dérivent. Pour suivre les cellules souches d’un donneur chez un receveur et ainsi les identifier, on utilise généralement, chez la Souris, des individus différents génétiquement ou phénotypiquement.
C’est ce qui est utilisé le plus souvent pour suivre les cellules souches de la moelle osseuse hématopoïétique lors de greffe de moelle (HERZOG et al., 2003). Le plus utilisé à l’heure actuelle est la transplantation de deux souris de sexes différents: il s’agit de la transplantation de mâle à femelle. Le chromosome Y sert alors de marqueur. Il reste malgré tout difficile de marquer et de révéler par FISH (fluorescence in situ hybridation) le chromosome Y sur des petits morceaux de tissus, la quantité de chromosomes étant alors négligeable. Il est possible d’obtenir de faux positifs par superposition cellulaire ou par attachement non spécifique (HERZOG et al., 2003). Pour identifier les cellules souches cibles, on utilise donc des marqueurs : un bon marqueur doit avoir les propriétés suivantes : l’expression du marqueur doit être originairement absente des cellules à marquer, génétiquement transmissible, et facilement détectable in situ (BAGNIS et al., 1999). Dans un contexte de transplantation de cellules autologues, différencier les cellules souches transplantées des cellules souches résidantes est impossible sans l’utilisation de marqueurs capables de discriminer les deux types de cellules.
Cela nécessite de développer des stratégies de marquage sûres, efficaces et relativement faciles d’emploi. L’injection de marqueurs chimiques non toxiques a largement été utilisée pour étudier le développement embryonnaire chez les animaux ; cependant, la fluorescéine conjuguée à un dodécapeptide, la rhodamine conjuguée au dextran ou encore la peroxydase issue du raifort se diluent au fur et à mesure des divisions cellulaires (BAGNIS et al., 1999). L’utilisation d’un rétrovirus défectueux est très intéressante car c’est un vecteur naturel qui est capable de s’intégrer dans le génome d’une cellule. Cela permet la détection du provirus dans la descendance des cellules génétiquement modifiées. Mais la détection in situ d’un très petit nombre de cellules reste difficile (BAGNIS et al., 1999). Un avantage certain de l’utilisation d’un rétrovirus est que son expression démontre que les cellules transplantées sont bien fonctionnelles dans le nouvel organisme (CARTER et al., 1992 ; HERZOG et al., 2003 ; KIEM et al., 1994). Il est également possible d’utiliser un transgène comme marqueur. Le plus souvent, on utilise le gène codant pour la béta-galactosidase (β-GAL) ou pour la protéine fluorescente verte (green fluorescent protein ou GFP) (HERZOG et al., 2003). La GFP est une protéine isolée de la méduse Aequora Victoria et qui fluoresce en vert lorsqu’elle est exposée à une lumière bleue (CHUDAKOV et al., 2005). Les chercheurs sont capables de créer des souris génétiquement modifiées exprimant dans toutes leurs cellules la GFP. Il suffit de transplanter les cellules du donneur GFP+ qui nous intéressent chez une souris normale : on observe ensuite les cellules du donneur grâce à l’émission de la fluorescence verte de la GFP.
Identification in vitro Les marqueurs cellulaires spécifiques des cellules souches n’ont pas été déterminés pour tous les lignages cellulaires et leur utilisation reste encore difficile. En effet, il est nécessaire que ces marqueurs soient spécifiques : il faut pouvoir distinguer les cellules souches de leurs cellules filles et des cellules différenciées du tissu environnant. Le marqueur doit pour cela être spécifique du stade indifférencié de la cellule souche. Il est malheureusement impossible de n’obtenir qu’un seul type de marqueur : on utilise donc le plus souvent des combinaisons de marqueurs. Il se pose de plus un autre problème qui est la variation des marqueurs d’une cellule souche au cours du temps suivant son environnement, le comportement des cellules voisines et son stade (quiescente ou activée) (MORRISON et SPRADLING, 2008). A partir de ces marqueurs, les chercheurs utilisent l’immunomarquage. Le principe de cette technique est de mettre les cellules prélevées chez un animal en contact avec un premier anticorps dit anticorps primaire, spécifique de l’antigène de la cellule d’intérêt; puis de révéler cet anticorps en utilisant un anticorps dit secondaire, issu d’un animal d’une autre espèce. L’anticorps secondaire, qui est l’anticorps marqué, reconnait spécifiquement l’anticorps primaire comme étranger et se fixe donc sur lui (Figure 2).
Le concept de reprogrammation Jusqu’à très récemment, la possibilité qu’une cellule souche puisse dériver d’une cellule somatique était tout simplement impensable : le mécanisme d’engagement dans une voie de différenciation ne fonctionnait conceptuellement qu’à sens unique. Grâce à une série d’expériences remarquables, l’équipe des Prs. JAENISCH et MIKKELSEN a pourtant fait tomber le dogme, tout du moins pour des cellules issues d’un embryon de Souris (MIKKELSEN et al., 2008). Ainsi, il a été montré chez la Souris que l’expression ectopique des quatre facteurs de transcription OCT-4 (octamer-4), SOX-2 (sex determining region Y-box 2), KLF-4 (kruppel like factor-4) et C-MYC dans un fibroblaste lui confère une identité de cellule pluripotente. Cette reprogrammation nécessite quelques semaines et met en jeu des mécanismes moléculaires complexes. Bien qu’elles expriment certains gènes propres aux cellules souches, ces cellules ne se sont pourtant pas complètement reprogrammées en cellules souches.
Il semble y avoir trois raisons principales à cela : (1) les cellules pourraient activer certains gènes bloquant leur prolifération en réponse au stress cellulaire; (2) elles n’arriveraient pas à activer ou réprimer les facteurs de transcription spécifiques des cellules souches et resteraient ainsi bloquées à un stade non totalement indifférencié ; (3) elles semblent ne pas parvenir à régénérer l’hyperméthylation des gènes associés à cet état de cellule souche (MIKKELSEN et al., 2008). Ces chercheurs concluent ainsi qu’une reprogrammation de cellules somatiques différenciées est possible, mais qu’il reste à identifier d’autres facteurs de reprogrammation, ou d’autres molécules favorisant la reprogrammation, la rendant stable et sûre, afin d’utiliser ces cellules en thérapie cellulaire. Cette expérience ouvre donc une nouvelle porte : il ne semble plus impossible d’obtenir des cellules souches autologues à partir de cellules somatiques différenciées. Cette perspective est extrêmement intéressante : on pourrait ainsi imaginer, par exemple, obtenir des cellules souches pluripotentes à partir de fibroblastes de la peau et régénérer ainsi facilement un (ou plusieurs) lignage(s) cellulaire(s) pauvre(s) en cellules souches.
|
Table des matières
Table des illustrations
Table des principales abréviations utilisées
Feuille à détacher sur les principales abréviations utilisées pour faciliter la lecture de la thèse
Introduction
Qu’est ce qu’une cellule souche adulte ?
I.Les propriétés des cellules souches adultes
1) Une cellule souche est douée d’auto-renouvellement
2) Les propriétés moléculaires des cellules souches
a) Une cellule souche est une cellule indifférenciée donc difficilement identifiable
b) Le concept de reprogrammation
3) Une confirmation de l’existence de cellule souche à posteriori, après culture in vitro ou injection in vivo
4) Une cellule souche peut s’engager dans une voie de différenciation et constituer
un lignage cellulaire
5) La cellule souche joue un rôle dans l’homéostasie tissulaire par quiescence et activation
6) La plasticité des cellules souches
La notion de niche des cellules souches adultes
II.Culture et manipulation des cellules souches
1) Culture des cellules souches
2) Manipulation des cellules souches
3) Sélection des cellules souches génétiquement modifiées
Des cellules souches dans des organes ou des tissus connus de longue date pour leur propriété de renouvellement : une présence vérifiée puis utilisée chez l’Homme et chez l’animal
III.Les cellules souches de la moelle osseuse hématopoïétique
1) Les HSCs
a) Identification des HSCs
b) Les niches des HSCs
c) Le « homing »
2) Les cellules SP
3) Les cellules précurseurs des vaisseaux sanguins
4) Intérêt des cellules souches hématopoïétiques : traitement des troubles sanguins et immunitaires
5) La plasticité des cellules souches hématopoïétiques
a) Les HSCs et la réparation du muscle cardiaque
b) Différenciation des HSCs en cellules musculaires striées squelettiques
c) Différenciation des HSCs en hépatocytes
d) Un rôle des cellules SP et des EPCs dans la régénération rénale
IV.Les cellules souches de l’épithélium intestinal
1) Nature de ces cellules et facteurs de régulation
2) La niche des cellules souches intestinales
3) Les ISCs : un rôle dans le renouvellement de l’épithélium intestinal
V.Les cellules souches de l’épiderme
1) Structure de l’épiderme et du follicule pileux
2) Les cellules souches de l’épiderme et leur localisation
3) La niche des cellules souches de l’épiderme
4) Intérêts de l’utilisation des cellules souches de l’épiderme
Les cellules souches de l’épithélium pulmonair
Des cellules souches au niveau de la cornée et de la rétine
1) Nature de ces cellules souches
2) Intérêts de l’utilisation de ces cellules
Des cellules souches dans des organes ou des tissus ayant conservé une certaine capacité de renouvellement
1) Les cellules souches hépatiques
a) Définitions
b) Intérêts de l’utilisation de ces cellules
2) Les cellules souches musculaires
a) Définitions
b) La niche des cellules souches musculaires
c) Intérêt de ces cellules souches dans le renouvellement du muscle
3) Des cellules souches au niveau des reins
III. Découverte de nouvelles cellules souches adultes dans des organes déjà identifiés comme en contenant et dans des organes où leur présence était beaucoup moins évidente. Nouvelles possibilités thérapeutiques associées.
Une diversification des intérêts thérapeutiques liés à la moelle osseuse
1) Découverte de nouvelles cellules souches non hématopoïétiques : les cellules souches stromales
2) De nouvelles différenciations
3) De nouvelles indications thérapeutiques
a) Régénération de l’os, du cartilage, des tendons et du tissu adipeux
b) Régénération d’autres tissus et organes distants
c) Traitement des déficiences du système immunitaire, sanguin et de la coagulation
Les cellules souches cardiaques : une présence insoupçonnée mais d’intérêt majeur pour le traitement des infarctus (et autres troubles cardiaques)
1) Le tissu cardiaque peut se régénérer
2) Nature des cellules souches cardiaques
3) CSCs et homéostasie cardiaque
4) CSCs et réparation cardiaque
Des cellules souches dans le système nerveux central : une perspective sur le traitement de nombreux troubles nerveux
1) La neurogenèse a bien lieu dans le cerveau des mammifères adultes
2) Des cellules souches et précurseurs neuraux résident dans le système nerveux central des mammifères adultes
3) Les conditions de la neurogenèse dans le système nerveux central
4) Utilisation des NSCs dans le traitement des maladies nerveuses
I.Des cellules souches dans le tissu adipeux : une découverte majeure
1) Nature de ces cellules souches
2) Intérêts thérapeutiques
L’utilisation des cellules souches dans le traitement du diabète : de nouvelles avancées technologiques
1) Le diabète : une maladie importante touchant aussi bien l’Homme que l’animal
2) Les cellules souches du pancréas
a) Nature de ces cellules
3) Les cellules souches hépatiques et les cellules souches de l’épithélium intestinal
4) Les cellules souches de la moelle osseuse
5) Les cellules souches du tissus adipeux
Dernière découverte sur le traitement de la myopathie de Duchenne chez le Chien : un grand espoir pour la médecine humaine
Conclusion et perspectives
Bibliographie
Télécharger le rapport complet
