★ À maîtriser
L’interphase comprend les phases G1, S et G2, suivies de la mitose M.
La phase G1 prépare l’entrée de la cellule dans le cycle, la phase S réplique l’ADN et la phase G2 vérifie que toute la réplication est achevée et prépare la mitose.
L’horloge du cycle cellulaire impose une progression dans le même sens et le bon ordre, chaque étape ne se produisant qu’une fois après l’achèvement de la précédente.
Des points de contrôle, ou checkpoints, se trouvent notamment en G1, en S et en M et vérifient le déroulement du cycle.
Les principaux couples cycline-CDK selon la phase sont :
Les CDK sont présentes dans la cellule sous forme inactive lorsqu’elles ne sont pas associées à une cycline.
CAK, complexe formé de cycline H et CDK7, active le couple cycline-CDK par phosphorylation activatrice.
CDC25 est une phosphatase qui enlève les phosphates inhibiteurs du couple cycline-CDK et l’active.
Wee1 est une kinase qui ajoute des phosphates inhibiteurs à la CDK et inactive le couple cycline-CDK.
Compléments
La progression du cycle dépend aussi de signaux internes et de la qualité de l’environnement cellulaire, notamment de la quantité de cytokines et de facteurs de croissance.
Les CDK phosphorylent différentes protéines en leur ajoutant un phosphate.
CAK ajoute le phosphate activateur ; Wee1 ajoute les phosphates inhibiteurs
Rb est le principal frein du cycle cellulaire et inhibe la prolifération en bloquant le facteur de transcription E2F.
🔄 L’activation de la transcription des cyclines suit ces étapes :
Le point de restriction en G1 permet à la cellule de vérifier si son environnement est favorable et, sinon, de sortir du cycle et de retourner au repos.
Au point de contrôle G1/S, la cellule vérifie la qualité de son ADN avant de le répliquer.
Au point de contrôle G2, la cellule vérifie que tout son ADN a été répliqué.
Au point de contrôle M, la cellule vérifie pendant la métaphase l’attachement des chromatides aux fuseaux avant leur séparation équitable.
La réentrée en G1 nécessite un environnement favorable avec des facteurs de croissance, qui déclenchent une cascade de signalisation, activent Myc puis permettent la synthèse de la cycline D.
Dans la surveillance des lésions de l’ADN, ATM est le détecteur, p53 transmet le signal et les CKI p21 et p16 sont des effecteurs : p21 inhibe les complexes CDK2/cycline E et CDK2/cycline A, tandis que p16 inhibe les complexes CDK4/cycline D et CDK6/cycline D.
Les matrices d’hydrogel offrent aux cellules un espace en trois dimensions qui vise à se rapprocher du milieu in vivo.
Les méthodes physiques de tri cellulaire comprennent : la centrifugation sur gradient, la cytométrie en flux, l’ultracentrifugation, qui est une centrifugation à très haute vitesse
🔄 Le tri immunologique se déroule ainsi : diriger des anticorps contre des antigènes spécifiques des cellules, associer les anticorps à des billes magnétiques ou à des fluorochromes, isoler les cellules ciblées
En cytométrie en flux, des cellules marquées par des anticorps couplés à des fluorochromes passent une à une devant un laser, puis leur fluorescence permet de les diriger vers la cathode ou l’anode.
📌 Le repiquage disperse les cellules dans de nouvelles boîtes pour leur permettre de proliférer à une densité plus faible, tandis que la congélation conserve les cellules pour une utilisation ultérieure.
📌 Dans un test d’exclusion de colorant, les cellules vivantes expulsent le colorant et ne se colorent pas, tandis que les cellules mortes ne l’expulsent plus et se colorent.
Les cellules de culture primaire peuvent entrer en sénescence et mourir après une dizaine de repiquages, tandis que les lignées continues peuvent avoir une durée de vie illimitée.
La croissance cellulaire comporte trois phases :
Les conditions générales de culture comprennent un milieu liquide, une atmosphère contrôlée, une température de 37 °C, une humidité de 83 à 84 %, un pH d’environ 7,4 et une concentration de CO2 généralement comprise entre 5 et 7 %.
Les organoïdes reproduisent certaines caractéristiques d’organes sans les reconstituer complètement et peuvent contribuer à réduire l’expérimentation animale dans le cadre du remplacement des 3R.
Le fractionnement cellulaire commence par l’homogénéisation des cellules en milieu isotonique, qui peut être mécanique, physique par ultrasons ou fortes pressions, ou chimique par détergents ou enzymes, puis le contenu cellulaire est purifié par centrifugation, chromatographie ou électrophorèse.
La centrifugation différentielle sépare les composants cellulaires par centrifugations successives à des vitesses et durées croissantes, les gros organites sédimentant d’abord et les éléments plus légers étant récupérés ensuite dans les surnageants.
Le cytosquelette comprend trois types de filaments :
📌 L’actine G est une forme globulaire monomérique soluble, tandis que l’actine F est un filament formé par l’assemblage de monomères d’actine G.
Nucléation → élongation → état stationnaire : les étapes de l’assemblage de l’actine.
★ À maîtriser
Les exemples de protéines d’assemblage sont :
La formine assure la nucléation et l’élongation des filaments d’actine et possède les domaines FH2 et DAD.
La profiline apporte de l’actine G à la formine, ce qui permet l’élongation du filament d’actine.
Le complexe Arp2/3 initie par nucléation de nouveaux filaments en s’appuyant sur des microfilaments existants et en les branchant avec un angle de 70°.
Les protéines de séquestration régulent la quantité de microfilaments en empêchant la polymérisation de l’actine G.
La thymosine se combine à l’actine G, empêche l’échange de l’ATP en ADP et inhibe ainsi son assemblage en microfilaments.
La profiline peut séquestrer l’actine G et bloquer sa polymérisation, mais elle peut aussi ouvrir le site de liaison à l’ADP et favoriser l’échange ADP/ATP.
Les protéines de stabilisation se répartissent ainsi : CAPZ coiffe l’extrémité positive des microfilaments, la tropomoduline coiffe leur extrémité négative, la tropomyosine s’enroule autour des microfilaments
Activées par une forte concentration de Ca2+, les protéines de fragmentation coupent localement les filaments d’actine, se fixent à leur extrémité positive et empêchent leur repolymérisation.
Dans les microvillosités, la fimbrine et la villine maintiennent les filaments d’actine parallèles et espacés de 20 nm, tandis que la spectrine les relie au reste du cytosquelette et à la membrane plasmique sous celle-ci.
Compléments
Le domaine DAD de la formine assure la liaison avec l’actine.
Après la nucléation, deux formine s’associent par leurs domaines FH2 en demi-cercle pour former une structure circulaire qui glisse le long du microfilament et en permet l’élongation.
La profiline se lie à l’actine G contenant de l’ATP et présente une forte affinité pour les séquences riches en proline du domaine FH1 de la formine.
La protéine WASp change la conformation du complexe Arp2/3 et l’active, ce qui permet la nucléation et l’élongation d’un nouveau microfilament.
Une mutation du gène WASp situé sur le chromosome X entraîne le syndrome de Wiskott-Aldrich, un déficit immunitaire constitutionnel associé à de l’eczéma, une thrombopénie et une immunodéficience.
La thymosine et la profiline peuvent toutes deux bloquer l’actine globulaire, et leur compétition contribue à réguler la disponibilité de l’actine G pour la formation des microfilaments.
★ À maîtriser
Le noyau synthétise l’ADN et l’ARN, exporte les ARN vers le cytoplasme pour leur traduction et importe des protéines depuis le cytoplasme.
La taille et la forme du noyau varient selon le type cellulaire, l’état fonctionnel de la cellule et son stade de différenciation; une cellule différenciée a souvent un noyau plus petit qu’une cellule indifférenciée.
📌 Un polynucléaire possède un seul noyau à plusieurs lobes, tandis qu’une cellule plurinucléée possède plusieurs noyaux.
📌 Une cellule active présente surtout de l’euchromatine décondensée permettant la transcription, tandis qu’une cellule au repos présente davantage d’hétérochromatine condensée.
Les pores nucléaires représentent 5 à 30 % de la surface nucléaire et leur nombre augmente avec l’activité transcriptionnelle; un noyau en contient environ 3 000 à 4 000.
Les pores nucléaires sont des complexes constitués notamment de nucléoporines, traversent l’enveloppe nucléaire et forment un canal central reliant le cytoplasme au noyau.
📌 Les molécules de moins de 40 kDa peuvent diffuser librement à travers les pores nucléaires, tandis que les molécules plus volumineuses nécessitent un transport actif utilisant de l’énergie et des protéines cargo.
Compléments
Les pores nucléaires sont dépourvus d’hétérochromatine afin de laisser libre le passage à travers les pores.
Dans un épithélium stratifié pavimenteux, les cellules basales ont un noyau volumineux et rond, qui s’aplatit et s’allonge dans les strates supérieures avant de se désintégrer dans la couche la plus superficielle.
Les principaux compartiments nucléaires sont :
📌 Les chromosomes occupent des territoires chromosomiques, tandis que les compartiments nucléaires se trouvent dans les domaines interchromosomiques.
Lors de l’import nucléaire, l’importine alpha reconnaît le signal NLS de la protéine cargo, l’importine bêta se lie à l’importine alpha et au pore, puis Ran fournit l’énergie nécessaire à la libération du cargo dans le noyau et au recyclage des transporteurs.
Lors de l’export nucléaire, les ARN, notamment sous forme de ribonucléoprotéines, et certaines protéines quittent le noyau; les ARN de transfert matures utilisent l’exportine t, tandis que l’export des ARNm implique des protéines hnRNP.
📌 Les lamines de type A contribuent à la rigidité et à la viscosité du noyau, tandis que les lamines de type B contribuent à son élasticité.
Euchromatine claire et active, hétérochromatine foncée et inactive
🔄 La biogenèse des ribosomes suit ces étapes :
Les stimuli déclencheurs de l’apoptose comprennent : les stimuli toxiques, notamment les virus, les produits chimiques et les radiations ionisantes, les signaux extracellulaires, notamment Fas et TNF, les dommages de l’ADN impliquant p53
L’apoptose comporte une phase d’induction par réception de signaux, une phase effectrice où les signaux déclenchent une cascade et activent des enzymes spécifiques, puis une phase de destruction avec dégradation cellulaire et élimination des corps apoptotiques.
Au cours de l’apoptose, le noyau se condense et l’ADN se fragmente, la membrane bourgeonne pour former des corps apoptotiques contenant des éléments cellulaires désagrégés, puis ces corps sont reconnus, engloutis et digérés par des phagocytes.
📌 La voie extrinsèque est déclenchée par des ligands externes qui se fixent sur des récepteurs membranaires de mort, tandis que la voie intrinsèque répond à des signaux internes comme les dommages de l’ADN ou les perturbations des organites et implique la mitochondrie.
Les caspases sont des cystéine-aspartate protéases qui possèdent une cystéine dans leur site catalytique et clivent les protéines après un résidu aspartate ; la famille compte 14 membres.
Les caspases initiatrices impliquées dans l’apoptose sont les caspases 2, 8, 9 et 10, tandis que les caspases effectrices sont les caspases 3, 6 et 7.
Les caspases initiatrices sont produites sous forme inactive de pro-enzymes et s’activent par dimérisation et clivage autoprotéolytique réciproque ; elles activent ensuite les caspases effectrices.
Dans la voie extrinsèque, la trimérisation des récepteurs de mort recrute des protéines adaptatrices comme FADD, qui arriment les pro-caspases 8 et permettent leur dimérisation et leur activation ; la caspase 8 active ensuite la caspase 3.
Dans la voie intrinsèque, des dommages de l’ADN, l’augmentation des radicaux libres, l’activation d’oncogènes comme RAS, Myc et Cycline D, ou le stress du réticulum endoplasmique peuvent provoquer la synthèse de protéines pro-apoptotiques ciblant la mitochondrie.
Dans la voie intrinsèque, p53 favorise l’action de protéines pro-apoptotiques de la famille Bcl2, notamment Bax ; Bax s’oligomérise pour former le canal MAC dans la membrane externe mitochondriale, ce qui permet la libération du cytochrome C dans le cytoplasme.
📌 Les protéines BIM, Bad, Bax, Bak et BID sont pro-apoptotiques, tandis que Bcl2 et Bcl-xl sont anti-apoptotiques ; en situation de danger, la libération de Bax favorise l’apoptose mitochondriale.
🔄 La libération du cytochrome C conduit à l’activation des caspases : le cytochrome C se lie à Apaf-1 dans le cytoplasme, Apaf-1 change de conformation en consommant de l’ATP et se polymérise en apoptosome, l’apoptosome active la pro-caspase 9, la caspase 9 active la caspase 3
Les caspases 8 et 9 activent la caspase 3, qui libère la DNase CAD de son inhibiteur ICAD ; CAD entre dans le noyau et clive l’ADN entre les nucléosomes.
📌 Les deux voies de l’apoptose convergent notamment lorsque la caspase 8 active BID, qui favorise la libération de Bax ; dans les deux voies, l’activation de la caspase 3 permet l’action de CAD et le clivage de l’ADN.
Dehors : récepteur de mort ; dedans : mitochondrie
★ À maîtriser
🔄 L’élimination mobilise quatre signaux successifs :
Lors de l’apoptose, les phosphatidylsérines passent du feuillet interne au feuillet externe de la membrane plasmique et servent de signal « mange-moi » reconnu par les phagocytes.
L’annexine V fluorescente se fixe aux phosphatidylsérines externalisées ; en cytométrie en flux, les cellules apoptotiques marquées se décalent vers la droite, et un déplacement plus important correspond à une fluorescence plus intense.
La méthode TUNEL détecte les cassures de l’ADN en ajoutant des nucléotides BrdUTP aux extrémités rompues grâce à la TdT, puis en révélant ce marquage avec un anticorps anti-BrdU fluorescent ou une détection colorimétrique.
L’électrophorèse de l’ADN apoptotique révèle un profil en échelle, car la DNase le clive entre les nucléosomes en fragments de multiples de 180 pb.
📌 La nécrose est une mort cellulaire anormale, non physiologique, brutale et non programmée, qui survient lors d’un dommage tissulaire et touche souvent des groupes de cellules en contaminant les voisines.
Les causes de nécrose comprennent :
Un stimulus nécrotique élève le calcium intracellulaire, ce qui perturbe l’intégrité de la membrane plasmique et provoque l’apparition de trous.
La nécrose augmente les espèces réactives de l’oxygène (ROS), qui attaquent notamment les mitochondries et le réticulum endoplasmique et déstabilisent leurs membranes.
La déstabilisation des mitochondries entraîne une chute de l’ATP, interrompant de nombreux phénomènes intracellulaires et accompagnant la dégradation progressive des organites.
📌 Lors de l’apoptose, le corps apoptotique est rapidement phagocyté et le relargage d’éléments intracellulaires reste limité, tandis que la nécrose libère des constituants qui activent le système immunitaire.
Compléments
La caspase 3 contribue à la mort cellulaire en altérant la membrane, en interrompant le cytosquelette et en réduisant les organites, ce qui participe à la formation des corps apoptotiques.
🔄 La formation des bourgeonnements suit cinq étapes :
Les signaux attractants « trouve-moi » comprennent la lysophosphatidylcholine (LPC) et la sphingosine 1 phosphate (S1P), qui forment un gradient attirant les phagocytes.
📌 En situation normale, les flippases et les floppases maintiennent la répartition des lipides entre les feuillets grâce à l’ATP, tandis qu’en apoptose les caspases effectrices activent la scramblase, qui mélange les lipides et externalise notamment les phosphatidylsérines.
Trouve-moi → mange-moi → digère-moi → tolère-moi
Les signaux « trouve-moi » de l’apoptose incluent la lysophosphatidylcholine et la sphingosine 1 phosphate.
Les signaux « trouve-moi » libérés lors de la nécrose comprennent :
En microscopie optique, un tissu nécrotique apparaît souvent comme une masse homogène de cellules ressemblantes, avec un noyau réduit et une éosinophilie accrue.
Lors de la nécrose, le noyau peut subir une caryolyse (estompage et pâlissement), une pycnose (réduction et écrasement) ou une caryorrhexie (fragmentation), jusqu’à la perte du noyau cellulaire.
📌 En microscopie électronique, la cellule apoptotique est rétrécie, condense fortement sa chromatine, extériorise la phosphatidylsérine et active les caspases, tandis que la cellule nécrotique est gonflée, vacuolisée, sans condensation marquée de la chromatine, sans extériorisation de phosphatidylsérine ni activation des caspases, et présente une rupture membranaire.
📌 Le « trio diabolique » des lésions diabétiques associe neuropathie, ischémie et infection, la neuropathie diminuant la transmission de la douleur.
En cytométrie en flux, l’annexine entre dans les cellules nécrotiques par les brèches membranaires et se fixe à leurs phosphatidylsérines internes ; l’iodure de propidium pénètre aussi dans le noyau et se fixe à l’ADN, donnant un double marquage positif.
Les chromosomes stockent et transmettent l’information nécessaire à la production d’ARN par transcription, puis les ARN sont traduits en protéines dans le cytoplasme.
Chez les eucaryotes, les chromosomes sont composés d’ADN double brin linéaire enroulé autour d’histones ; l’ADN associé aux histones forme des nucléosomes.
📌 Pendant l’interphase, l’ADN est décondensé et les chromosomes ne sont pas visibles, tandis qu’en mitose l’ADN condensé est visible sous forme de chromosomes.
L’être humain possède 46 chromosomes, soit 23 paires comprenant 22 paires d’autosomes et une paire de gonosomes ; les cellules somatiques sont diploïdes (2n = 46), les gamètes haploïdes (n = 23) et certaines cellules, comme les mégacaryocytes, polyploïdes (> 2n).
La réalisation d’un caryotype comprend le prélèvement de cellules, leur stimulation mitotique, leur culture à 37 °C pendant 72 h, leur blocage en métaphase par la colchicine, leur traitement hypotonique et leur fixation alcoolique, leur étalement sur lame, leur coloration au Giemsa, leur observation et leur classement manuel.
📌 Les chromosomes métacentriques ont des bras p et q de même taille et comprennent les chromosomes 1, 3, 16, 19 et 20 ; les submétacentriques ont p < q et comprennent les chromosomes 2, 4 à 12, 17, 18 et X ; les acrocentriques ont un bras p presque inexistant et comprennent les chromosomes 13, 14, 15, 21 et 22.
★ À maîtriser
📌 L’hétérochromatine est condensée, dense aux électrons et généralement non transcrite, tandis que l’euchromatine est décondensée, accessible aux facteurs de transcription et active dans la transcription.
Les chromosomes occupent des territoires distincts dans le noyau interphasique, mis en évidence par FISH, et leur répartition n’est pas aléatoire.
Les régions PAR sont des régions homologues situées aux extrémités des chromosomes X et Y, permettant leur appariement en méiose et pouvant être le siège d’un crossing-over.
Le gène SRY du chromosome Y code le facteur TDF, à l’origine de la différenciation sexuelle masculine.
Chez la femme, un des deux chromosomes X est inactivé aléatoirement très tôt au cours du développement embryonnaire, phénomène appelé lyonisation et décrit par Mary Lyon en 1961 ; cette inactivation équilibre le dosage génique entre les sexes et est maintenue dans la descendance cellulaire.
📌 Les anomalies chromosomiques de nombre comprennent les trisomies, avec trois exemplaires d’un chromosome, et les monosomies, avec un seul exemplaire ; aucune monosomie autosomique n’est viable.
📌 Une non-disjonction en méiose I empêche la séparation des chromosomes homologues et rend tous les gamètes anormaux, tandis qu’une non-disjonction en méiose II empêche la séparation des chromatides et peut produire des gamètes disomiques, sans chromosome ou portant deux chromosomes.
Compléments
La densité génique est corrélée à la localisation nucléaire : le chromosome 18, pauvre en gènes, se situe plutôt en périphérie, tandis que le chromosome 19, riche en gènes, se trouve plutôt au centre du noyau.
La cartographie nucléaire est dynamique et dépend des besoins cellulaires ; les petits chromosomes tendent à se situer au centre, les grands en périphérie, et les chromosomes voisins varient selon la cellule et le type cellulaire.
Sur le chromosome X inactivé, la méthylation du promoteur de Xist empêche sa transcription, tandis que Xist est transcrit sur l’autre chromosome X et son ARN non codant tapisse ce chromosome en cis, favorisant son inactivation.
Le chromosome X inactif se condense en périphérie et forme le corpuscule de Barr ; l’inactivation devient un mosaïcisme des tissus somatiques, chaque descendance cellulaire conservant le même X inactif.
Les anomalies chromosomiques de nombre surviennent à une fréquence de 1/1000 et résultent d’une non-disjonction méiotique.
Les anomalies chromosomiques déséquilibrées comprennent : la délétion d’un fragment d’ADN, les chromosomes en anneau formés après délétion des deux extrémités et recollement, l’isochromosome composé de deux bras longs ou de deux bras courts avec perte de l’autre bras, la translocation robertsonienne avec perte des bras courts de chromosomes acrocentriques et recollement des bras longs
★ À maîtriser
Entre la 4e et la 6e semaine, les cellules germinales primordiales migrent vers les crêtes génitales en longeant le canal vitellin et se multiplient par mitose pour former l’ébauche gonadique primitive.
La présence du gène SRY sur le bras court du chromosome Y oriente la différenciation sexuelle vers le phénotype masculin, tandis que son absence oriente vers la différenciation ovarienne.
Le gène SRY est exprimé dans les cellules somatiques des crêtes génitales et entraîne la maturation testiculaire, avec différenciation des cellules de Sertoli et de Leydig.
Chez le mâle, les cordons sexuels deviennent des cordons séminifères pleins, qui se creusent à la puberté et permettent la formation des spermatozoïdes à partir des cellules germinales.
Chez la femme, les ovogonies commencent la méiose pendant la vie fœtale et les ovocytes I sont bloqués en prophase I jusqu’à la puberté.
La spermatogenèse comprend la multiplication des spermatogonies A par mitose, leur différenciation en spermatogonies B, l’accroissement en spermatocytes primaires, la méiose I donnant des spermatocytes secondaires haploïdes, la méiose II donnant des spermatides, puis la spermiogenèse transformant celles-ci en spermatozoïdes.
Les spermatozoïdes acquièrent leur mobilité et achèvent leur maturation dans l’épididyme ; avant ce passage, ils ne sont pas mobiles.
Au cours de l’ovogenèse, l’ovocyte I bloqué en diplotène reprend la méiose à la puberté, se bloque en métaphase II, puis la fécondation permet l’achèvement de la méiose II et la formation de l’ovule et du deuxième globule polaire.
Le follicule de De Graaf expulse l’ovocyte et les cellules folliculaires restantes évoluent en corps jaune, qui dégénère en corps blanc fibreux en l’absence de fécondation.
La glaire cervicale est un filtre dont le maillage varie au cours du cycle : il est serré en début et en fin de cycle et plus lâche au milieu du cycle, ce qui facilite le passage des spermatozoïdes.
Lors de la réaction acrosomiale, le contact avec la zone pellucide entraîne la libération des enzymes de l’acrosome, puis la membrane acrosomiale interne du spermatozoïde entre en contact avec la glycoprotéine ZP2 et permet sa pénétration dans la zone pellucide.
Compléments
À partir de la 7e semaine, les cellules de Leydig libèrent de la testostérone et les cellules de Sertoli libèrent l’hormone antimüllérienne.
En l’absence de SRY, les cordons médullaires dégénèrent, l’épithélium cœlomique prolifère dans la région corticale et forme des cordons corticaux qui se désagrègent au 4e mois en amas entourant les cellules germinales.
La glaire cervicale filtre les spermatozoïdes, tandis que la capacitation les rend fécondants
★ À maîtriser
📌 Les cellules souches totipotentes peuvent former l’embryon et ses annexes extra-embryonnaires, tandis que les cellules pluripotentes peuvent former tous les types cellulaires de l’organisme mais pas ses annexes.
📌 La division symétrique d’une cellule souche produit deux cellules filles identiques, tandis que la division asymétrique produit une cellule identique et une cellule engagée dans la différenciation.
La reprogrammation transforme une cellule différenciée en cellule souche pluripotente induite, tandis que la transdifférenciation convertit directement une cellule différenciée en un autre type différencié sans passer par un état pluripotent.
Les quatre facteurs de reprogrammation cités sont Oct 3/4, SOX2, c-Myc et Klf4.
Une étude de l’université de Stanford a montré qu’un cocktail de facteurs de transcription peut convertir des fibroblastes de souris et d’humain en neurones fonctionnels.
Dans les expériences de transdifférenciation, les cellules ont conservé leur nouveau phénotype même après inactivation des facteurs exogènes, ce qui indique une reprogrammation stable et définitive.
Compléments
Les cellules multipotentes peuvent produire plusieurs types cellulaires du feuillet dont elles sont issues, tandis que les cellules unipotentes ne produisent qu’un seul type cellulaire spécifique.
La différenciation peut être induite par une répartition interne inégale de facteurs lors d’une division asymétrique ou par des signaux extérieurs qui différencient des cellules initialement identiques.
La différenciation cellulaire s’accompagne de modifications morphologiques, de modifications qualitatives du phénotype liées à de nouvelles protéines et d’une modification des produits sécrétés.
L’expression différentielle des gènes peut être régulée au niveau transcriptionnel, post-transcriptionnel, traductionnel et post-traductionnel.
Les signaux inducteurs comprennent : les interactions ligand-récepteur, les contacts directs entre cellules, les interactions entre feuillets embryonnaires ou avec la matrice extracellulaire
La reprogrammation des fibroblastes murins en cellules iPS a été rapportée en 2006 et celle des cellules humaines en 2007.
La reprogrammation par vecteurs viraux intégratifs, comme les rétrovirus ou les lentivirus, comporte un risque de mutagenèse et de transformation tumorale, contrairement aux vecteurs non intégratifs comme les plasmides ou le virus de Sendai.
La reprogrammation en cellules iPS dure 2 à 3 semaines et son rendement est de 0,5 à 1 % des cellules traitées.
Reprogrammation : retour à l’état souche ; transdifférenciation : changement direct de cellule différenciée
★ À maîtriser
📌 L’identification des CSM repose sur un panel de marqueurs de surface comprenant CD90+, CD105+ et CD73+, ainsi que l’absence de CD34 et de CD45.
Les principaux avantages des CSM sont :
Les CSM peuvent notamment donner les lignées suivantes :
La différenciation des CSM nécessite d’abord leur amplification pour obtenir un nombre suffisant de cellules, puis leur extraction de la source et leur culture dans un milieu défini contenant des additifs qui soutiennent leur survie, leur prolifération et le maintien de leur caractère souche; elles sont ensuite placées dans un milieu de différenciation adapté, puis la différenciation est validée par des modifications morphologiques, phénotypiques, génétiques ou sécrétoires.
Pour induire la différenciation osseuse, la dexaméthasone induit l’expression des facteurs de transcription Runx2 et Ostérix ainsi que la synthèse de protéines spécifiques comme BMP.
Avant différenciation, les CSM expriment CD105, CD146 et CD90, mais pas CD45; après différenciation en ostéocytes, elles n’expriment plus CD105 ni CD146, conservent CD90 et restent dépourvues de CD45.
Les additifs de culture doivent déclencher la séquence suivante :
Compléments
L’hypo-immunogénicité des CSM est associée à l’absence d’expression des molécules du CMH de classe II et des molécules de costimulation des cellules T CD80 et CD86.
Les CSM peuvent inhiber l’activation des cellules immunitaires de l’hôte, notamment les cellules T, les cellules NK et les cellules B.
Les sources les plus utilisées, par ordre décroissant, sont :
Dans la différenciation osseuse, l’acide ascorbique et le β-glycérophosphate favorisent la synthèse de collagène de type I.
Dans la différenciation osseuse, TGF Beta et BMP activent la voie Runx2, favorisant la synthèse d’ostéocalcine et d’ostéopontine, qui sont des marqueurs osseux.
Après différenciation, le Oil Red O colore les triglycérides neutres et les lipides des adipocytes en rouge intense, tandis que le rouge alizarine colore en rouge les dépôts calciques des ostéocytes par chélation du calcium.
Le phénotype cellulaire correspond à l’ensemble des marqueurs membranaires exprimés et peut être étudié par cytométrie en flux à l’aide d’anticorps spécifiques couplés à un fluorochrome.
🔄 La différenciation adipocytaire suit les étapes suivantes :
Expansion des CSM, induction de la lignée, puis validation de la différenciation.
★ À maîtriser
La réaction corticale est l’exocytose du contenu des granules corticaux, constitué d’enzymes lysosomiales, dans l’espace périvitellin.
La dénaturation des glycoprotéines de la zone pellucide empêche la fixation d’autres spermatozoïdes et bloque ainsi la polyspermie.
L’ovocyte II reprend et achève sa deuxième division de méiose, formant un ovotide à N chromosomes et libérant le deuxième globule polaire.
La chromatine du spermatozoïde se décondense et forme le pronucleus mâle près du noyau de l’ovotide, tandis que se forme le pronucleus femelle.
La formation des pronucléi aboutit à un zygote diploïde à 2n chromosomes.
Lors de l’initiation de la première mitose de segmentation, les enveloppes nucléaires disparaissent et, après duplication de l’ADN, les chromosomes paternels et maternels s’alignent sur la plaque équatoriale.
L’épiblaste restant après la formation de l’endoderme définitif et du mésoderme intra-embryonnaire constitue l’ectoderme, à l’origine du système nerveux central et du système cutané.
La notochorde se forme à partir du processus notochordal issu du nœud primitif, dont le canal chordal devient une plaque chordale qui se détache de l’endoderme et s’enroule en une tige pleine.
La notochorde est un dérivé mésodermique qui organise les structures adjacentes et participe à l’induction des corps vertébraux.
Compléments
La fusion des cytoplasmes augmente les échanges respiratoires et active les enzymes du cytoplasme ovocytaire.
Le développement décrit atteint la métaphase de la première division de segmentation de l’œuf fécondé.
📌 L’ectoderme se différencie en plaque neurale centrale, ébauche de l’encéphale et de la moelle épinière, et en ectoderme de surface périphérique, ébauche notamment de l’épiderme.
La notochorde contribue au nucléus pulposus du centre des disques intervertébraux.
Vers le 20e jour, le processus notochordal est complètement formé.
Méiose II → pronucléi → zygote → métaphase de segmentation
★ À maîtriser
📌 Dans la tête, le mésoderme céphalique reste non segmenté et contribue au mésenchyme céphalique avec les cellules de la crête neurale, tandis que dans le tronc le mésoderme para-axial se segmente en somites.
La première paire de somites apparaît vers le 20e jour à la limite entre la tête et le tronc, puis les autres se forment dans le sens cranio-caudal à raison de 3 à 4 par jour jusqu’aux environs du 30e jour.
Chez l’humain, la formation d’une paire de somites dure 5 à 6 heures ; environ 42 à 44 paires se forment, puis les plus caudales régressent et il en reste environ 37 paires.
Les somites donnent la majeure partie du squelette axial, la musculature volontaire du cou, de la paroi du corps et des membres, ainsi que le derme du cou.
📌 Le sclérotome contribue aux vertèbres, tandis que le dermomyotome se subdivise en dermatome, à l’origine du derme, et en myotome, à l’origine des muscles striés.
À partir du 17e jour, le mésoderme de la lame latérale se divise en mésoderme splanchnique adjacent à l’endoderme et mésoderme somatique adjacent à l’ectoderme.
Le 18e jour, une plaque neurale épaissie apparaît dans l’ectoderme, en avant du nœud primitif, sous l’induction de facteurs sécrétés par la notochorde.
Vers le 20e jour, les résidus de la ligne primitive forment le bourgeon caudal, masse médiane de mésoderme à l’origine de la plupart des structures caudales.
Les villosités choriales deviennent successivement primaires par les travées trophoblastiques, secondaires lorsque le mésenchyme chorial pénètre leur axe, puis tertiaires lorsque des îlots vasculo-sanguins y constituent un réseau vasculaire entre le 18e et le 21e jour.
📌 Au placenta, les circulations maternelle et fœtale sont juxtaposées sans échange direct ; la circulation maternelle apporte les nutriments et l’oxygène, et la circulation fœtale se trouve dans les villosités.
Compléments
Le mésoderme céphalique contribue aux muscles striés de la face, de la mandibule et du pharynx, qui se différencient dans les arcs pharyngiens.
Le mésoderme intermédiaire, présent dans le tronc et situé latéralement aux somites, forme le système urinaire et des parties du système génital.
📌 Le mésoderme splanchnique forme le revêtement mésothélial des viscères, notamment la plèvre, le péricarde et le péritoine, tandis que le mésoderme somatique contribue au revêtement intérieur de la paroi corporelle et à une partie des membres.
La plaque neurale se différencie dans le sens cranio-caudal et se plie ensuite en tube neural, précurseur du système nerveux central.
Les lèvres latérales de la plaque neurale donnent les cellules de la crête neurale, qui se détachent lors de la formation du tube neural et migrent dans l’embryon.
L’encéphale présomptif comprend :
Tête non segmentée, tronc segmenté en somites.
★ À maîtriser
Le réticulum endoplasmique granuleux, ou rugueux, porte des ribosomes à sa surface, tandis que le réticulum endoplasmique lisse en est dépourvu.
Les mitochondries et les peroxysomes ne font pas partie du système endomembranaire, tandis que l’appareil de Golgi en fait partie.
Les ribosomes libres, souvent regroupés en polysomes, synthétisent des protéines à destination intracellulaire, tandis que les ribosomes associés au REG synthétisent principalement des protéines extracellulaires et aussi des protéines membranaires.
L’adressage au REG commence par la traduction d’un peptide signal, qui recrute la SRP ; celle-ci amène le ribosome au récepteur du REG, puis la protéine entre dans le translocon, est prise en charge par BiP jusqu’à son repliement et est libérée après clivage du peptide signal.
Le REG synthétise, replie et contrôle la qualité des protéines, tandis que le REL participe à la synthèse, au métabolisme et au trafic des lipides, à la détoxification médicamenteuse et à l’homéostasie du calcium intracellulaire.
🔄 Le trajet observé d’une protéine sécrétée est :
L’appareil de Golgi modifie les protéines après leur traduction ; les protéines entrent par sa face cis, côté réticulum endoplasmique, et sortent par sa face trans, côté membrane plasmique.
Un lysosome primaire inactif, formé par le réticulum endoplasmique et l’appareil de Golgi, fusionne avec un phagosome pour former un phagolysosome où ses enzymes s’activent ; avec un endosome, il forme un endolysosome.
Les lysosomes dégradent les protéines défectueuses et les éléments étrangers, participent à l’autophagie et peuvent sécréter des enzymes de dégradation, notamment celles qui détruisent la matrice osseuse chez les ostéoclastes.
📌 La microscopie optique classique et la microscopie optique à contraste de phase ne permettent pas d’observer le cytosquelette, tandis que la microscopie électronique à transmission peut le montrer dans les cellules musculaires striées en raison de son abondance, mais pas dans les cellules épithéliales.
📌 Le marquage par fluorescence utilise des fluorophores liés directement à une cible, tandis que l’immunofluorescence utilise des anticorps couplés à des fluorophores pour détecter spécifiquement des protéines.
📌 Le microscope à épifluorescence permet une observation en 2D, tandis que le microscope confocal permet une observation en 3D, en hauteur et en épaisseur.
La colchicine inhibe la polymérisation des microtubules et est utilisée contre la goutte ainsi que pour bloquer des cellules en métaphase lors d’un caryotype.
Le nocodazole se fixe sur la tubuline bêta et inhibe la polymérisation des microtubules.
Compléments
📌 Les corps de Nissl sont des amas de REG présents dans le corps cellulaire et les dendrites des neurones, mais absents de l’axone.
REG → Golgi → vésicules de sécrétion.
📌 En cytométrie en flux, le pic G0-G1 correspond à des cellules ayant une faible quantité d’ADN, tandis que le pic G2-M correspond à une quantité d’ADN presque deux fois supérieure.
À 600 nM d’indibuline, la majorité des cellules se trouve en G2-M, avec très peu de cellules en G0-G1.
L’effet de l’indibuline sur le blocage en G2-M est dose-dépendant : lorsque sa concentration augmente, davantage de cellules sont bloquées dans cette phase.
L’histone 3 phosphorylée (PH3), impliquée dans la compaction de l’ADN pendant la mitose, est un marqueur des cellules en phase G2-M.
Plus la concentration d’indibuline augmente, plus l’inhibition de la prolifération cellulaire augmente.
🔄 Le Western Blot comprend les étapes suivantes :
La tubuline alpha existe sous une forme soluble monomérique et sous une forme polymérique constituant les microtubules.
À 300 nM d’indibuline, les microtubules deviennent presque stables, ce qui traduit une forte inhibition de leur dynamisme.
L’indibuline raréfie et désorganise les microtubules et inhibe leur dynamisme.
La tubuline alpha participe à la formation du fuseau mitotique, tandis que la tubuline gamma participe à la formation des centres organisateurs.
📌 Lorsque Mad2 et BubR1 sont toutes deux présentes, elles inactivent APC/C et bloquent la division cellulaire; lorsqu’elles sont absentes, APC/C active la séparase, qui sépare les chromatides sœurs en clivant la cohésine qui les maintient unies.
Indibuline accrue → microtubules perturbés → division bloquée
★ À maîtriser
Dans certaines situations, des cellules cancéreuses peuvent acquérir des mitochondries d’autres cellules par des nanotubes, extensions membranaires permettant des échanges de matériel cellulaire.
Les images de co-culture montrent des nanotubes reliant les cellules souches mésenchymateuses aux cellules de glioblastome et le transfert de mitochondries marquées en rouge vers des cellules tumorales vertes.
Les cellules de glioblastome seules, marquées au CellTracker vert mais pas au MitoTracker rouge, se situent dans la zone supérieure gauche du graphique.
Les CSM seules, positives au MitoTracker rouge et négatives au CellTracker vert, se situent dans la zone inférieure droite du graphique.
En co-culture, les cellules de glioblastome doublement positives au MitoTracker et au CellTracker ont acquis des mitochondries provenant des CSM.
La différence entre les conditions expérimentales de quantification du transfert mitochondrial est statistiquement significative avec p < 0,001.
Le Seahorse permet d’évaluer la capacité des cellules à métaboliser le glucose par glycolyse et à produire de l’énergie par la chaîne respiratoire mitochondriale.
La mesure Seahorse de l’OCR permet d’estimer la respiration basale, la respiration liée à la production d’ATP après oligomycine, la respiration maximale après FCCP et la respiration non mitochondriale après roténone et antimycine A.
La forte quantité de mitochondries de la condition violette augmente significativement la respiration basale et la respiration liée à la synthèse d’ATP par rapport au contrôle.
Dans l’expérience ECAR, les cellules avec des mitochondries présentent une glycolyse augmentée, significativement dans la condition violette à forte concentration de mitochondries.
Compléments
L’étude décrite met en co-culture des cellules tumorales de glioblastome avec des cellules souches mésenchymateuses de moelle osseuse, ou avec des mitochondries extraites de ces cellules.
Dans l’expérience d’imagerie, les cellules souches mésenchymateuses sont marquées au MitoTracker Red et les cellules tumorales de glioblastome au CellTracker vert.
Dans le graphique de cytométrie en flux décrit, l’axe des abscisses représente le marquage MitoTracker des mitochondries issues des cellules souches mésenchymateuses et l’axe des ordonnées le marquage CellTracker des cellules de glioblastome.
En cytométrie en flux, chaque point du graphique correspond à une cellule individuelle analysée selon son marquage fluorescent.
Des mitochondries rouges cheminent dans des nanotubes entre deux cellules
★ À maîtriser
Lors du test de luminescence, l’activation de la caspase-3 permet le clivage d’un substrat qui réagit avec la luciférase et produit une lumière proportionnelle à l’activité de la caspase-3.
Les cellules de glioblastome sont co-incubées 24 heures avec des mitochondries isolées avant l’ajout de témolozomide, puis exposées au traitement pendant 48 heures ou 5 jours avant l’évaluation de leur survie.
Le nombre de cellules de glioblastome vivantes diminue lorsque la concentration de témolozomide augmente.
Les cellules de glioblastome pré-incubées avec des mitochondries présentent une activation réduite des caspases 3 et 7 et une résistance accrue au témolozomide.
Les sondes à amines réactives, comme Zombie, marquent les amines membranaires et intracellulaires accessibles lorsque la membrane cellulaire est compromise.
Après 48 heures, les proportions rapportées de cellules Zombie positives sont d’environ 10 % avec TMZ seul, 14 % avec des mitochondries seules et une valeur similaire avec TMZ plus mitochondries.
📌 L’immunofluorescence repose sur une réaction antigène-anticorps, tandis que la fluorescence sans immunomarquage peut utiliser le DAPI pour les noyaux, la phalloïdine pour les fibres de stress d’actine et la FISH pour les acides nucléiques par complémentarité des bases.
En FISH, des sondes couplées à un fluorochrome s’hybrident à des séquences d’ADN complémentaires, et la microscopie à fluorescence ou confocale permet de les observer.
Le caryotype est observé en microscopie optique et permet de déterminer la formule chromosomique d’un individu.
Une translocation entre les chromosomes 9 et 22 forme le gène BCR-ABL dans les cellules souches hématopoïétiques et peut entraîner une prolifération excessive à l’origine de leucémies, notamment la leucémie myéloïde chronique.
La translocation réciproque entre les chromosomes 9 et 22 associée au gène BCR-ABL est appelée chromosome de Philadelphie.
La CGH array permet de détecter les anomalies de nombre et les anomalies de structure déséquilibrées, mais pas les anomalies équilibrées sans gain ni perte de matériel génétique.
En CGH array, l’ADN de référence est marqué en vert et l’ADN du patient en rouge ; une intensité équivalente donne du jaune, un signal rouge dominant indique une duplication et un signal vert dominant indique une délétion.
Un isochromosome peut résulter de la perte d’un bras chromosomique et de la fixation de l’autre bras à sa place, constituant une anomalie de structure déséquilibrée.
Compléments
7-AAD pénètre les membranes compromises ; les amines réactives accèdent aux amines intracellulaires quand la membrane est lésée.
| Voie | Trajet | État intermédiaire |
|---|---|---|
| Reprogrammation | Cellule différenciée vers cellule iPS | État pluripotent |
| Transdifférenciation | Cellule différenciée X vers cellule différenciée Y | Aucun état souche pluripotent |
| Région | Organisation | Dérivés principaux |
|---|---|---|
| Mésoderme céphalique | Non segmenté | Muscles de la face, de la mandibule et du pharynx |
| Mésoderme para-axial du tronc | Segmenté en somites | Squelette axial, muscles et derme |
| Mésoderme intermédiaire | Condensations segmentées | Système urinaire et parties du système génital |
| Lame latérale | Feuillets splanchnique et somatique | Revêtements viscéraux, paroi corporelle et partie des membres |
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