HEMATOPOIESE DEFINITION : Ensemble des phénomènes qui concourrent à la fabrication et au remplacement continu et régulé des cellules sanguines F.Galland, L2 Biologie intégrée
LES CELLULES SANGUINES Érythrocytes = globules rouges Leucocytes = globules blancs Polynucléaires = Granulocytes hématies neutrophile éosinophile basophile monocyte lymphocyte
LES CELLULES SANGUINES Type de cellules Globules rouges Plaquettes Polynucléaires neutrophiles Poly. éosinophiles Poly. basophiles Mastocytes Monocytes / macrophages Lymphocytes T Lymphocytes B Fonction Transport O 2 Système de coagulation Phagocytose bactéricidie Dégranulation Dégranulation Dégranulation Phagocytose Immunité cellulaire Production d AC
LES CELLULES SANGUINES Très différenciées : éléments terminaux et fonctionnels de «LIGNEES CELLULAIRES» Durée de vie courte : GR env.120j plaquettes env. 7j GB env. 1j (sauf lymphocytes mémoires plusieurs années) peu ou pas de possibilité de division (plaquettes,gr n ont pas de noyau) Nombre très élevé : production très importante 10 13 cellules sanguines / jour 2 Millions de GR / seconde
LES CELLULES SANGUINES La numération globulaire nbre de globules rouges (GR), globules blancs (GB ou leucocytes) et plaquettes par unité de volume de sang. Résultats normaux : ogr : 5 000 000 ± 500 000 par microlitre, chez l'homme o 4 500 000 ± 500 000 par microlitre, chez la femme ogb : 7 000 ± 3 000 par microlitre, chez l'adulte oplaquettes : 150 000 à 450 000 par microlitre La formule sanguine (ou formule leucocytaire) nbre de chacune des différentes populations de leucocytes. actuellement, les résultats exprimés en nbre absolu par microlitre (1 µl = 1 mm 3 ) plutôt qu'en % des différentes variétés de leucocytes : ogranulocytes neutrophiles : 1 800 à 8 000 ogranulocytes éosinophiles : 50 à 500 ogranulocytes basophiles : < 100 olymphocytes : 1 500 à 4 500 omonocytes : 100 à 1 000
Siège de l HEMATOPOIESE chez l homme : la MOELLE OSSEUSE vie intra-utérine : tissu conjonctif jusqu au 2e mois foie fœtal du 2e au 6e mois médullaire à partir du 4e mois après la naissance : exclusivement médullaire chez la souris : moelle osseuse + rate
Les compartiments de l hématopoièse Toutes les cellules sanguines sont produites à partir d une même cellule indifférenciée : la «cellule SOUCHE TOTIPOTENTE» Sous l influence de facteurs stimulants une cellule souche totipotente va s engager dans la différenciation d une «LIGNEE CELLULAIRE» La cellule souche pluripotentielle prolifère et se différencie en précurseurs hématopoiétiques de plus en plus engagés dans un lignage pour générer au final des cellules sanguines matures
Les compartiments de l hématopoièse 4 compartiments : cellules souche totipotentes multipotentialité les PROGENITEURS cellules souches qui se sont engagées dans un lignage cellulaire les PRECURSEURS se divisent et maturent les cellules matures fonctionnelles qui passent dans le sang
Les compartiments de l hématopoièse lymphocyte T CFU-L progéniteur T lymphocyte B progéniteur B BFU-E CFU-E érythroblaste hématies plaquettes CFU-MK CFU-G mégacaryocyte Myéloïde neutrophile granulocyte neutrophile CFU-GEMM CFU-GM Monocyte CFU-M promonocyte granulocyte éosinophile CFU-Eo My. éosinophile basophile CFU-B My. basophile cellule souche PROGENITEURS PRECURSEURS cellules matures
LES CELLULES SOUCHE TOTIPOTENTES localisées dans la moelle osseuse (+/- sang) CD34 peu nombreuses : 0,01 0,05% des cellules médullaires non identifiables morphologiquement expriment le marqueur de surface CD34 la majorité au repos en G0 à l état normal
LES CELLULES SOUCHE TOTIPOTENTES 2 propriétés essentielles autorenouvellement Auto-renouvellement: reproduction à l identique maintien le pool de cellules souches cellule souche totipotente Différenciation: en réponse à un signal exogène la cellule se divise en se différenciant de façon irréversible elle perd sa totipotence pour devenir une cellule souche «engagée» signal différenciation cellule souche engagée Hématopoièse normale: Equilibre entre la production de cellule souche par auto-renouvellement et la perte par différenciation
LES CELLULES SOUCHE TOTIPOTENTES Mise en évidence chez la souris (Till & Mc Culloch ; 1961) Irradiation à dose létale (100 RAD) destruction du tissu hématopoiétique aplasie médullaire Greffe de cellules de moelle osseuse d une souris syngénique L animal ne meurt pas : «reconstitution» du tissu hématopoiétique les cellules souches de la moelle gréffée sont capables de reconstituer les différentes lignées hématopoiétiques
LES CELLULES SOUCHE TOTIPOTENTES Mise en évidence chez la souris (Till & Mc Culloch ; 1961) Irradiation à dose létale (100 RAD) destruction du tissu hématopoiétique aplasie médullaire mortelle Greffe de cellules de moelle osseuse d une souris syngénique 8-10 jours post-greffe apparition de nodules = amas cellulaires = «COLONIES» au niveau de la rate CFU-S = «colony forming unit Spleen»
CFU-S = «colony forming unit Spleen» Toutes les cellules d une même colonie proviennent d une même cellule souche Exp. : anomalies chromosomiques générées sur les cellules de moelle injectées -> toutes les cellules d une même colonie ont la même anomalie chromosomique Linéarité entre le nombre de cellules injectées et le nombre de colonies Les CFU-S sont totipotentes Les colonies contiennent plusieurs types de lignages cellulaires Les CFU-S ont un potentiel d auto-renouvellement l injection d une colonie splénique à une nouvelle souris irradiée permet la recontitution de l hématopoièse de cette souris
LES PROGENITEURS La première différenciation de la cellule souche totipotente G0 G1 DIVISION cellule souche totipotente PROGENITEURS ils perdent progressivement leur capacité d autorenouvellement au fur et à mesure qu ils avancent dans leur différenciation signal cellules souches «engagée» DIFFERENCIATION
LES PROGENITEURS La première différenciation de la cellule souche totipotente progéniteur commun Lymphoïde CFU-L «colony forming unit» lymphocytaire Division et différenciation cellule souche totipotente facteur de croissance CFU-GEMM progéniteur commun Myeloïde «colony forming unit» granulocytaire erythrocytaire megacaryocytaire monocytaire
Les cultures en milieu semi-solide cellules de moelle osseuse milieu semi-solide (methylcellulose) limite la migration des cellules proliférant en culture + facteurs de croissance 10j CFU-
LES PRECURSEURS localisées dans la moelle osseuse ont perdu toute capacité d auto-renouvellement les premières cellules morphologiquement identifiables de chaque lignée modifications spécifiques noyau : polylobulation cytoplasme : granulations membranes : expression de marqueurs de surface
LES PRECURSEURS à chaque stade de maturation correspond une division cellulaire -> les 2 cellules filles issues d une mitose sont différentes de la cellule mère Lignée érythroblastique Pro-érythroblaste E. basophile I E. basophile II E. polychromatophile E. acidophile Réticulocyte rendement élevé de l hématopoièse = plusieurs mitoses exple: 4 mitoses = 1 précurseur pro-érytroblaste -> 16 cellules filles réticulocytes
HEMATOPOIESE l ensemble de l hématopoièse se déroule dans la moelle osseuse seules les cellules matures et fonctionnelles passent dans le sang le sang n est qu un lieu de transport pour gagner le lieu de fonction -> les tissus certaines cellules peuvent encore se différencier : Les monocytes monocytes circulants -> macrophages résidents Les lymphocytes lymphocytes T effecteurs / mémoires lymphocytes B sécrétant des anticorps / mémoires
La régulation de l hématopoièse Le «MICROENVIRONNEMENT» MEDULLAIRE Le «STROMA» : fibroblastes, cellules épithéliales, endothéliales, adipocytes, macrophages Le stroma medullaire assure l organisation générale de la moelle en «niches» hématopoiétiques favorables aux cellules souches pour leur maintien, leur engagement dans un lignage et leur progression dans leur différenciation la communication Stroma/cellule hématopoïétique en maturation : interaction par contact direct signaux solubles : «Facteurs de croissance», cytokines, chimiokines
Les facteurs de croissance de promotion capables d agir sur les cellules souches totipotentes augmentent le nbre de cellules souches en cycle cellulaire CFU-L SCF: «stem cell factor» interleukines IL-1 IL-4 IL-6 cellule souche totipotente CFU-GEMM BFU-E CFU-MK CFU-E CFU-G CFU-GM CFU-M CFU-Eo CFU-B
Les facteurs de croissance multipotents Exple: GM-CSF «granulocyte-monocyte colony stimulating factor» lymphocyte T CFU-L progéniteur T progéniteur B lymphocyte B BFU-E hématies CFU-E érythroblaste plaquettes CFU-MK mégacaryocyte CFU-GEMM CFU-G Myéloïde neutrophile granulocyte neutrophile GM-CSF CFU-GM CFU-M promonocyte Monocyte granulocyte éosinophile CFU-Eo My. éosinophile basophile CFU-B My. basophile
Les facteurs de croissance restreints Exples: IL-7 «interleukine 7», EPO «erythropoïétine», TPO «thrombopoïétine», G-CSF «granulocyte colony stimulating factor», M-CSF «monocyte colony stimulating factor» IL7 lymphocyte T CFU-L progéniteur T progéniteur B lymphocyte B BFU-E CFU-E EPO érythroblaste hématies CFU-MK TPO mégacaryocyte plaquettes CFU-GEMM G-CSF CFU-G Myéloïde neutrophile granulocyte neutrophile CFU-GM CFU-Eo CFU-M promonocyte My. éosinophile M-CSF Monocyte granulocyte éosinophile basophile CFU-B My. basophile
Le contrôle génique de l hématopoièse des facteurs de transcription hématopoïétiques régulant l engagment des cellules dans un lignage PU-1 CFU-L GATA-3 PAX5 lymphocyte T lymphocyte B IKAROS BFU-E GATA-1 FOG-1 hématies CFU-E érythroblaste SCL GATA-1 NFE2 plaquettes c-myb CFU-MK FOG-1 mégacaryocyte CFU-GEMM PU-1 CFU-G Myéloïde neutrophile CEBP-α granulocyte neutrophile CFU-GM Monocyte CFU-M promonocyte granulocyte éosinophile CFU-Eo My. éosinophile basophile CFU-B My. basophile
Les compartiments de l hématopoièse distribution de l expression de marqueurs de surface Cellule souche totipotente CD34 + CD34+, CD38-, HLA-DR-, CD33-, CFU-GEMM CD34+, CD38+, HLA-DR+, CD34+, CD38+, HLA-DR+, CD33+ CD34+, CD38+, HLA-DR+, CD33+,A,B,H+/ - CD34+/-CD33+/- CD38+, HLADR+/- A,B,H,GPC+ BFU-E P 14-20 J BFU-E 10-12 J CFU-E 7J CFU-GM 14 J CFU-GM 7 J CD34+, CD38+ HLA-DR+,CD33+ CD34+, CD38+, HLA-DR+, CD33+,CD15- CD34+, CD38+, HLA-DR+, CD33+,CD15 + CFU-Meg 14 J CD34+, CD38+, HLA-DR+, CD33+,CD15?, GPIIbIIIa CFU-Meg 7 J CD34+, CD38+, HLA-DR+, CD33+,CD15?, GPIIbIIIa+ CD34 - Proérythroblaste Promyélocyte PromonocytePromégacaryoblaste