Portail de la biologie de la reproduction

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1 Portail de la biologie de la reproduction Auteurs : Yasmina ANTEUR Licence :

2 Module : Biologie du développement Les mécanismes de différenciation cellulaire I. Introduction - Chez les organismes unicellulaires : une seule cellule assure plusieurs fonctions à la fois - Chez les organismes pluricellulaires par contre, les différentes tâches d un organisme sont partagées entre plusieurs types de cellules - Ces cellules sont ainsi spécialisées dans l accomplissement d une tâche bien déterminé ; elles sont dites cellules différenciées II. Définition Différenciation cellulaire : acquisition par une cellule ou une population cellulaire de caractères morphologiques originaux habituellement en rapport avec une spécialisation fonctionnelle, assurant donc des fonctions spécialisées dans l'organisme. - Il existe 3 catégories de cellules chez les mammifères : Les cellules somatiques : représentent la majeure partie des cellules du corps humain, ce sont des cellules diploïdes (à 2N chromosomes) Les cellules de la lignée germinale : sont des cellules donnant à terme des gamètes (spermatozoïde ou ovule), elles sont les seules à transmettre leur matériel génétiques aux générations suivantes Les cellules souches : Ce sont des cellules dotées d une capacité à se diviser en grand nombre de fois et de se transformer par la suite en cellules spécialisées III. Les niveaux de différenciation cellulaire III.1. Niveau tissulaire -certaines cellules forment un ensemble coopératif (tissu). - des cellules peuvent s'associer par des jonctions, quel que soit leur type, et former un épithélium (tissu jonctif). 1

3 -Cette organisation s'oppose aux tissus conjonctifs où les cellules sont isolées dans une matrice extracellulaire. III.2.Niveau cellulaire -une cellule peut acquérir des caractères qui permettront de la différencier des autres types cellulaires, ex : la cellule musculaire squelettique possède des filaments cytoplasmiques contractiles une striation III.3. Niveau moléculaire - Différences profondes dans la structure moléculaire des cellules avec une fonction différente. IV. Les mécanismes de la différenciation cellulaire : IV.1.Mitose asymétrique : - Si une cellule se divise en 2 cellules qui sont en tout point semblables entre-elles : la mitose est dite symétrique - Si les 2 cellules filles différent par les constituants du cytoplasme ou par son volume : la mitose est dite asymétrique. IV.2.Induction (interaction entre cellules voisines) : Transformation des caractéristiques morphologiques et fonctionnelles d une population cellulaire (induite) suite à sa perception de signaux chimiques provenant d une autre population cellulaire (inductrice) V. Les étapes de la différenciation cellulaire : La différenciation cellulaire est un processus qui s établit d une manière progressive : V.1.Cellules souches : - cellule souche : cellule indifférenciée doté d une capacité à : * se multiplier quasi indéfiniment à l identique (auto-renouvellement) * engendrer des cellules spécialisées en se différenciant - on distingue plusieurs types de cellules souches : * Cellules souches totipotentes : cellules allant du stade zygote au stade embryon à 8 cellules. Elles sont les seules à pouvoir générer un organisme en entier * Cellule souche pluripotente : ex : les cellules embryonnaires souches (ES), elles sont capables de se différencier en cellules issues de n importe quel feuillet embryonnaire * Cellules souches multipotentes : présentes au niveau d un organisme adulte en très faible proportion, elles génèrent différents types de cellules qui sont spécifiques à lignage cellulaire donné * Cellules souches unipotentes : ce sont des cellules qui ne se différencient qu en un seul type cellulaire elles sont cependant dotées d une capacité d auto-renouvellement 2

4 - Il existe plusieurs origines possibles pour les cellules souches : * Cellules souches embryonnaires : cellules souches pluripotentes présentes dans l'embryon peu de temps après la fécondation jusqu'au stade de développement dit de Blastocyste. Elles sont à l origine de tous les tissus d un organisme adulte * Cellules souches fœtales : type de cellules souches multipotentes d'origine fœtale * Cellule souches adultes : cellules indifférenciées (multipotentes) que l'on trouve au sein de tissus qui sont composés en majorité de cellules différenciées dans la plupart des tissus et organes adultes, ex : ovogonie, spermatogonie etc. IV.2. Engagement -Cellule engagée dans une voie de différenciation : cellule qui a commencée à acquérir de nouveaux caractères - processus pouvant être réversible ou non IV.3. Spécification -Une cellule engagée peut ne pas achever son programme de différenciation si elle est isolée des tissus avoisinants : elle a besoin d influence externes - une cellule spécifiée est une cellule qui n a plus besoin d influences externes pour parvenir à différenciation - Elle peut néanmoins être sensible à son environnement qui va induire une différenciation vers une autre voie IV.4. Détermination Cellule déterminée : cellule engagée de manière irréversible dans une voie de différenciation et que les influences externes ne peuvent plus modifier son devenir IV.5. Différenciation terminale -Elle correspond à des fonctions très spécialisées - Certaines cellules, muscle, nerf persistent pendant toute la vie de l individu - D autres, cellules épidermiques, de l intestin, etc., meurent très rapidement après la différenciation et doivent être renouvelées en permanence. VI. Exemples de différenciation VI.1. Les cellules de la peau Les cellules souches se localisent au niveau de la partie basale de la peau. Une partie de ces cellules va permettre d entretenir le stock de cellules souches, l autre partie va s engager dans le processus de différenciation pour former des cellules différenciées qui migrent à la surface de la peau pour constituer l épiderme VI.2.Les cellules musculaires Tout commence par la division de la cellule souche (myoblaste) qui génère d autres myoblastes, ceux-ci fusionnent et forment un (myotube), les myotubes formeront à leur tour après maturation une (myofibre) 3

5 VI.3. Les cellules de l intestin - Les cellules souches sont situées dans une crypte qui est localisée au fond des villosités intestinales - Les cellules-filles migrent progressivement vers le sommet des villosités intestinales de l'intestin grêle où elles assurent leur fonction d'absorption des nutriments -Dès qu'elles sont à une certaine distance du fond de la crypte, elles se différencient en cellules endothéliales VII. L expression génique au cours de différenciation cellulaire : - le phénomène de différenciation cellulaire commence chez l embryon précoce après l activation du génome embryonnaire qui intervient vers le stade œuf à 4 blastomères «chez l homme» - la différenciation des blastomères participe à : * la formation deux ensembles cellulaires distincts : le bouton embryonnaire et le trophoblaste * Ces deux ensembles cellulaires participent à la polarisation de l embryon ; il est ainsi formé de deux pôles : le pôle embryonnaire (le bouton embryonnaire) et le pôle anti-embryonnaire (le trophoblaste) * l adhérence entre les cellules augmentant sous la dépendance de la cadhérine ; on parle de phénomène de compaction VII.1. Les gènes spécifiques de la différenciation La différenciation consiste en la sélection d un panel de gènes spécifiques qui sont organisés en 5 groupes : * groupe 1 : comprend des gènes dits «house keeper» exprimés dans toutes les celules * groupe 2 : comprend des gènes impliqués dans la prolifération et qui s éteignent dans les cellules différenciées * groupe3 : gènes spécifiques des cellules intestinales différenciées ou non * groupe 4 : gènes spécifiques des cellules intestinales différenciées * groupe 5 : gènes spécifiques des cellules cutanées différenciées ou non VII.2.La protéine P21 Le gène p21 participé à la synthèse d une protéine qui inhibe le cycle cellulaire, son expression dépend de celle du gène p53 La protéine p21 est impliquée dans la différenciation cellulaire VII.3.La protéine prb (protéine du RétinoBlastome) - protéine codée par le gène RB1 qui exerce un contrôle négatif sur le cycle cellulaire (inhibition) - elle permet ainsi au niveau des cellules différenciées d éviter une prolifération anarchique et par conséquent le développement de tumeurs VII.4. La protéine p53 - protéine nucléaire et facteur de transcription qui participe à la stabilité cellulaire et génétique d une cellule : *elle inhibe le cycle cellulaire en cas de lésions au niveau de l ADN jusqu à ce que celui-ci soit réparé 4

6 * l inhibition se fait par une autre protéine citée précédemment «la p21» dont la synthèse dépend de la p53 * Une fois l ADN réparé, le cycle cellulaire peut reprendre son cours * si les lésions sont irréversibles, la cellule endommagée est éliminée par apoptose VII.5. exemple de gènes impliqués dans la détermination : gènes de la famille MyoD VII.6. facteurs de croissance et différenciation cellulaire : Les facteurs de croissance sont dotés d une double potentialité ex : le facteur IGF permet la prolifération puis la différenciation des cellules embryonnaires dans les tissus musculaire, osseux et nerveux VIII. Troubles du renouvellement tissulaire : VIII.1. La métaplasie : -Représente la transformation et le remplacement d un tissu cellulaire différencié en un autre tissu cellulaire différencié - Il s agit d un phénomène adaptatif et réversible se produisant en réponse à une agression tissulaire répétée et prolongée - Le tissu de remplacement est plus armé pour luter contre l agression - Une métaplasie peut évoluer vers une dysplasie qui consiste en une organisation anormale des cellules d un tissu - la dysplasie possède une tendance globale à évoluer vers un cancer (état précancéreux) - exemples : métaplasie épidermoïde (bronches)- métaplasie malpegienne (col de l utérus)- métaplasie intestinale (œsophage) VIII.2. L aplasie - l'arrêt du développement d'un tissu ou d'un organe survenant dès la naissance. - ex : l aplasie médullaire consiste en un défaut ou une quasi absence de la production des éléments figurés du sang par la moelle osseuse - elle conduit à une pancytopénie (leucopénie, anémie, thrombopénie) induisant de sévères complications tels que des syndromes anémique, infectieux et hémorragique - autres exemples d aplasies : aplasie épididymaire, aplasie mineure de l oreille, aplasie fémorale etc. VIII.3.Autres variations numériques et volumétriques des cellules constituants un tissu : - Hyperplasie : augmentation du volume d un tissu ou d un organe suite à l augmentation du nombre de cellules constituantes - Hypoplasie : insuffisance du développement d un tissu ou d un organe - Hypertrophie : augmentation du volume d un tissu ou d un organe suite à l augmentation du volume des cellules - Hypotrophie : diminution du volume d un tissu ou d un organe suite à une diminution du volume cellulaire - Dégénérescence : destruction des cellules d un tissu ou d un organe par apoptose ou nécrose 5

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