Les cellules souches embryonnaires et adultes

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1 UE 2 : La cellule et les tissus Les cellules souches embryonnaires et adultes UFR Sciences Médicales - PACES ANNEE UNIVERSITAIRE ENSEIGNANT : Docteur M.L. MARTIN NEGRIER

2 Introduction Définition d une cellule souche Notion d autorenouvellement, de division asymétrique, de niche, capacité d engendrer une diversité de cellules différenciées spécialisées. Différents types de cellules souches Les cellules souches embryonnaires (ES) : isolement, identification, différenciation, applications. Manipulation. Les cellules souches adultes et progénitrices cellules souches pluripotentes induites (IPS) issues de la reprogrammation de cellules somatiques (Reprogrammation et épigénétique) Rôle des cellules souches Physiologie Développement embryonnaire et fœtal Renouvellement cellulaire Réparation Intérêt scientifique et avenir thérapeutique Thérapie cellulaire Thérapie génique

3 Définitions Cellules souches - cellule indifférenciée - issue de l embryon, du fœtus ou de l adulte - capacité d autorenouvellement (multiplication à l identique pour produire de nouvelles cellules souches) - caractères indifférencié - capacité de différenciation dans certaines conditions (pour engendrer des cellules spécialisées qui constituent les différents tissus) - capacité de prolifération en culture (expansion)

4 Définitions (suite) Cellules souches totipotentes - issues des premières divisions de l œuf fécondé jusqu au 4éme jour - les seules à permettre le développement d un individu complet Cellules souches pluripotentes - issues de la masse cellulaire interne du blastocyste (du 5ème au 7ème jour) (une centaine de cellules), -cellules souches de la lignée germinale - peut former tous les tissus de l organisme (issus des trois feuillets) Cellules souches multipotentes - présentent dans les tissus fœtaux ou adultes -conservent des capacités d autorenouvellement - peuvent donner plusieurs types de cellules d un même lignage cellulaire - déjà engagées dans un programme tissulaire spécifique

5 Définitions (suite) Cellules souches unipotentes - engendrent un seul type de cellules différenciées - conservent certaines capacités d autorenouvellement et de prolifération (ex : hépatocytes, kératinocytes, myoblastes) Progéniteurs intermédiaires ou précurseurs - issus de cellules souches - pas ou peu de capacité de renouvellement - se divisent uniquement en cellules différenciées

6 Division asymétrique des cellules souches indispensable pour permettre d assurer les 2 fonctions des cellules souches: - Auto-renouvellement du pool - Différenciation Mitose Cellule souche Autorenouvellement Maintien du pool Cellule souche Différenciation Cellule differenciée Ex : neurone Division asymétrique - Répartition asymétrique des molécules influençant le destin de la cellule - Ségrégation asymétrique des brins d ADN

7 Les cellules souches embryonnaires - isolées de la masse cellulaire interne de l embryon avant son implantation dans l utérus. - capacité de générer toutes les cellules spécialisées de l organisme adulte, mais pas les tissus extra-embryonnaires (placenta). - Les cellules souches embryonnaires sont impliquées dans l organogenèse (création des organes et des tissus). - Les cellules souches embryonnaires sont pluripotentes.

8 Les dérivés de l ectoblaste Ectoblaste Neurectoblaste Tube neural Système nerveux central (encéphale; moëlle épinière). Crêtes neurales Système nerveux périphérique, Médullo-surrénale; mélanocytes. Méninges; os et tissus conjonctifs du massif facial. Ectoblaste définitif Epiderme et annexes Placodes des organes des sens Adénohypophyse des dents Glande mammaire

9 Dérivés du mésoblaste Mésoblaste Extra-embryonnaire Paraxial Intermédiaire Latéral

10 Mésoblaste para-axial Dérivés du mésoblaste Somites Sclérotome Dermatomyotome Vertèbres Myotomes Dermatomes Muscles (striés squelettiques) Tissus conjonctifs (derme) Mésoblaste intermédiaire Cordon néphrogène Crête génitale Corticosurrénale (Rein et voies urinaires) Gonade primitive

11 Dérivés du mésoblaste Mésoblaste latéral latéral Splanchnopleure Somatopleure Coeur Séreuses (péritoine, plévre, péricarde) Mésoblaste extra-embryonnaire Amas angio-formateurs Gonocytes primordiaux Vaisseaux primitifs extra-embryonnaires Cellules sanguines

12 Les dérivés de l entoblaste Entoblaste Allantoïde Stomodéum Membrane pharyngienne Intestin primitif Membrane cloacale Cavité buccale Intestin antérieur Intestin moyen Intestin postérieur allantoïde Poches branchiales et dérivés (pharynx, thyroïde) Duodénum Intestin grêle Cloaque Œsophage Estomac Voies respiratoires Pancréas Foie Vésicule vitelline secondaire Vésicule ombilicale Canal vitellin Cordon ombilical Sinus urogénital Vessie Voies génitales basses Colon Rectum

13 Sources de cellules souches embryonnaires Théoriquement : - Embryons excédentaires provenant de cliniques de fécondation in vitro (FIV) - Embryons créés à des fins de recherche par FIV - Lignées de cellules souches embryonnaires existantes - Transfert de noyau d une cellule somatique

14 Transfert de noyau d une cellule somatique Les clonages thérapeutiques et reproductifs commencent tous deux par un transfert de noyau d une cellule somatique dans un ovocyte énucléé. Le clonage thérapeutique a pour but de récolter des cellules souches embryonnaires en vue de mener des recherches sur d éventuels traitements l embryon sert à fabriquer des cellules souches embryonnaires. Le clonage reproductif a pour but de créer un nouvel organisme, identique à la cellule adulte donneuse le blastocyste est implanté dans l utérus. En France : Loi de Bioéthique 2011: recherche sur l embryon et les cellules souches embryonnaires interdites (exceptionnelles dérogations), toute forme de clonage interdite.

15 La première expérience de transplantation nucléaire chez un mammifère Le 1er mammifère cloné s appelle Dolly et a été produit en 1997 Depuis

16 Les cellules souches Adultes - Reproduisent in vivo les types cellulaires du tissu dans lequel elles résident -Rôle de maintenir et de réparer les tissus dans lequel elles résident - Plasticité des cellules souches : peuvent donner des types cellulaires différents de leur tissu d origine

17 Plasticité des cellules souches hematopoietic stem cells

18 Identification des cellules souches adultes Sur la base de critères phénotypiques et fonctionnels -Cellules quiescentes ou cycle long (rétention du BrdU) - Rares (1/10 6 cellules) -Expression de certains antigènes de surface (ex CD 34, CD 133..) -Expression de certains transporteurs membranaires ( exclusion de colorants vitaux -Mise en évidence de leur propriété d auto-renouvellement et de différenciation Ex :Marquage des cellules avec des marqueurs moléculaires et détermination des types cellulaires spécialisées auxquelles elles donnent naissance

19 Influence de l environnement sur le maintien des cellules souches : Notion de Niche Définition : microenvironnement local nécessaire pour le maintien des cellules souches Cellules mésenchymateuse Matrice extracellulaire Facteurs diffusibles Interaction cellule-cellule Interaction cellule-matrice Rôle : Régule les divisions symétriques et asymétriques Production de cytokines qui régulent le destin des cellules souches

20 Notion de Niche intestin grêle Follicule pileux Moelle osseuse hématopoïétique K.A. Moore and I.R. Lemischka Science 2006

21 cellules souches pluripotentes induites (IPS) -reprogrammation des progéniteurs in vitro en induisant l expression de quelques gènes clés qui sont des facteurs de transcription Progéniteurs, Cellules spécialisées (cellules somatiques) + Expression de 4 gènes Oct3/4 Sox2 Klf4 c-myc Cellules souches pluripotentes induites

22 Cellules souches embryonnaires et adultes Avantages et inconvénients CS Embryonnaires Différenciation illimitée (pluripotente) Présentes en grand nombre Culture facile Immunogénicité Questions éthiques CS Adultes Différenciation limité (multipotente et plasticité cellulaire) Rares Culture difficile Stratégie autologue possible Pas d obstacle éthique ips Synthèse des avantages des 2 approches? Technique jeune (2006) et très prometteuse

23 Intérêt thérapeutique des cellules souches - fort pouvoir de multiplication - capacité de générer toutes les cellules spécialisées du corps Thérapie cellulaire, Médecine régénérative Exemples d application Maladie neurodégénérative ex maladie de Parkinson Diabète Infarctus du myocarde Vieillissement Perte de cartilage de tissu osseux Thérapie génique des maladies héréditaires