Erythropoïèse : Cellules souches, morphologie, compartiments, régulation

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1 Erythropoïèse : Cellules souches, morphologie, compartiments, régulation Document revu par Christian Binet, novembre 2009 L érythropoïèse est l'ensemble des mécanismes qui concourent à la formation des érythrocytes (hématies, globules rouges). 200 milliards d hématies sont ainsi fabriquées par jour, soit 2 millions par seconde. Chez l'humain, les premières cellules de la lignée (érythroblastique) apparaissent dans le mésoblaste embryonnaire. A partir du second mois de gestation, elle s'effectue dans la rate et le foie puis dans la moelle osseuse ou c est le lieu de l érythropoïèse après la naissance. Elle a pour finalité d assurer le maintien d un stock hémoglobinique constant en produisant à chaque instant un nombre de réticulocytes équivalent au nombre d'hématies phagocytées lors de l'hémolyse physiologique. Physiologiquement, la formation des érythrocytes est continue. En cas de besoin, les capacités d'adaptation de l'érythropoïèse sont très importantes. En cas de pertes, la production s'accroît; en cas de transfusions, la production diminue. Cellules souches La cinétique de l érythropoïèse débute avec le passage en cycle de cellules souches quiescentes grâce à l'intervention de facteurs de croissance (voir hématopoïèse). Les cellules souches érythroïdes proviennent de la CFU GEMM puis elles perdent les potentialités mégacaryocytaire et granulocytaire pour devenir des cellules unipotentes, progéniteurs engagées de façon irréversible vers la lignée érythroïde : BFU E et CFU E. Erythropoïèse, page 1 sur 9 Hématologie, Faculté de Médecine de Tours

2 les BFU E (burst forming unit-erythroid) sont les plus immatures : on distingue les BFU-E précoces, peu ou pas sensibles à l érythropoïétine (EPO) et les BFU E tardives. La prolifération - différenciation des BFU E est également sous la dépendance de l'interleukine 3 et du GM CSF. Les BFU-E donnent de grosses colonies après 10 à 14 jours de culture in vitro. Les CFU-E (colony forming unit-erythroid) sont plus matures. Elles donnent de petites colonies (< 50 cellules) après 7 jours de cultures. La prolifération - différenciation des CFU E est sous la dépendance de l'érythropoïétine (EPO). Ces progéniteurs érythroïdes sont peu nombreux et non identifiables sur un étalement de moelle osseuse. Elles donnent naissance aux précurseurs érythroïdes. Les premières cellules reconnaissables de la lignée sont les proérythroblastes. Les BFU E aboutissent à la formation terminale d'hématies en 10 à 20 jours, les CFU E en 5 à 8 jours. Un Proérythroblaste, à la suite de 4 mitoses, donne en moyenne 16 hématies. L'érythroblaste acidophile qui expulse son noyau devient un réticulocyte. Le réticulocyte néoformé reste 48 heures dans la moelle osseuse puis traverse les sinusoïdes médullaires, se retrouve dans le sang périphérique où il perd ses ribosomes en moins de 48 heures pour devenir une hématie mature. Erythropoïèse, page 2 sur 9 Hématologie, Faculté de Médecine de Tours

3 La synthèse d'hématies est continuelle et harmonieuse, elle est estimée à 200 milliards par jour, elle permet le maintient des normes physiologiques (4 à /l chez la femme, 5 à /l chez l'homme). La durée d une érythropoïèse normale, à partir du pro-érythroblaste, est de 5 jours. Elle peut être raccourcie en cas de besoin. Les hématies ont une durée de vie moyenne de 120 jours, une ½ vie moyenne de 28 jours. La cinétique de l érythropoïèse est étudiée par cytologie et histologie (compartiment de multiplication et de maturation), par méthodes isotopiques (cinétique du fer 59 ) et par cultures des progéniteurs érythroïdes (BFU-e et CFU-e). Morphologie Les précurseurs érythroïdes morphologiquement reconnaissables sont les érythroblastes. Ils s'étudient sur frottis de moelle osseuse colorés au May Grunwald Giemsa. Proérythroblaste Cellule arrondie Grande taille : µm de diamètre Rapport nucléo cytoplasmique élevé Noyau = rond ; chromatine fine et nucléoles nets Cytoplasme = bleu foncé, avec parfois une excroissance, agranulaire, avec une zone plus pâle péri-nucléaire. Erythropoïèse, page 3 sur 9 Hématologie, Faculté de Médecine de Tours

4 Erythroblaste basophile : Taille : µm Noyau rond La chromatine se condense, il n y a plus de nucléole Le cytoplasme reste basophile Un filament reliant deux érythroblastes juste après la division cellulaire est parfois visible. Erythroblaste polychromatophile : Taille : 15 µm Noyau rond dont la chromatine se condense plus nettement Le cytoplasme devient gris (superposition du bleu de l ARN et de l orangé de l hémoglobine) Erythropoïèse, page 4 sur 9 Hématologie, Faculté de Médecine de Tours

5 Erythroblaste acidophile : Petite cellule (10 µm) Petit noyau rond, dense, pycnotique. Le cytoplasme qui a presque la couleur d une hématie Cette cellule perd son noyau et devient un réticulocyte puis une hématie. Le réticulocyte n'est pas distinguable d'une hématie au May Grunwald Giemsa. Les caractéristiques de la lignée : Cellules rondes, Noyau central et rond Cytoplasme agranulaire, bleu puis prenant progressivement la couleur de l hématie Les érythroblastes sont souvent regroupés sur l étalement («îlot érythroblastique») Erythropoïèse, page 5 sur 9 Hématologie, Faculté de Médecine de Tours

6 Erythropoïèse, page 6 sur 9 Hématologie, Faculté de Médecine de Tours

7 pro-érythroblaste érythroblaste basophile érythroblastes acidophiles réticulocyte Marqueurs de la lignée érythroblastique Les progéniteurs expriment les antigènes des cellules souches myéloïdes : CD34, CD33 et CD117 (récepteur du c-kit). Le CD235 (glycophorine A protéine constitutive de la membrane du globule rouge) est retrouvée dès le stade de pro-érythroblaste. Erythropoïèse, page 7 sur 9 Hématologie, Faculté de Médecine de Tours

8 Régulation de l érythropoïèse Parmi les facteurs de transcription de l érythropoïèse les protéines nucléaires de la famille GATA jouent un rôle essentiel. Parmi les éléments nécessaires à l érythropoïèse on citera surtout le fer, les folates, la vitamine B12 et les androgènes. Parmi les facteurs de croissance hématopoïétiques on a vu le rôle de facteurs non spécifiques qui interviennent surtout aux stades initiaux : IL3, GM-CSF, IL9 et IL11. L érythropoïétine est le facteur de croissance majeur de l érythropoïèse : Erythropoïétine Elle est synthétisée par le rein et par le foie foetal. C'est une hormone de nature glycoprotéique fortement glycosylée (40 %). L'érythropoïétine circulante comporte 165 acides aminés. Son poids moléculaire est de daltons. Sa synthèse est codée par un gène unique localisé sur le bras long du chromosome 7. L'érythropoïétine est synthétisée par les cellules endothéliales des capillaires juxtatubulaires du rein. Cette synthèse est régulée par le niveau de l'oxygénation rénale. Sa demie-vie est de 5 heures. Les taux plasmatiques moyens sont de 5 à 30 UI /l quelque soit Erythropoïèse, page 8 sur 9 Hématologie, Faculté de Médecine de Tours

9 l âge, et le sexe. Les dosages d'érythropoïétine sérique sont réalisés à l'aide d'anticorps monoclonaux, par des techniques radioimmunologiques ou par des techniques d'elisa. L'érythropoïétine agit en se fixant sur des récepteurs spécifiques. Lors de cette fixation, l'érythropoïétine est consommée. Depuis 1988, de l'epo recombinante humaine est produite et commercialisée pour le traitement de l'anémie des patients insuffisants rénaux chroniques. De nombreuses applications sont progressivement développées : anémies après chimiothérapie, syndromes myélodysplasiques Une sécrétion anormale et/ou ectopique d EPO peut survenir lors de tumeurs rénales malignes, kystes du rein, hépatomes, hémangioblastomes du cervelet, fibromes utérins, entraînant une sécrétion ectopique d'epo et une polyglobulie. Dans la maladie de Vaquez, il existe une polyglobulie non liée a une hypersécrétion d'epo mais à une anomalie des précurseurs érythroïdes. Dans cette pathologie les taux sériques d'epo sont effondrés, l'epo étant consommée au fur et à mesure de sa synthèse. Erythropoïèse, page 9 sur 9 Hématologie, Faculté de Médecine de Tours