Fiche de révision : Biologie des cellules souches

📋 Plan du Cours

1. Définition et historique des cellules souches
2. Origines et caractéristiques générales
3. Développement embryonnaire et potentialités
4. Auto-renouvellement et différenciation
5. Cellules souches embryonnaires
6. Clonage et enjeux éthiques
7. Cellules souches adultes et mésenchymateuses
8. Reprogrammation en cellules iPS
9. Cellules induites et facteurs de transcription
10. Cellules souches neurales adultes
11. Quiescence et médecine régénérative

📅 Repères chronologiques

1. 1920Un type cellulaire à l’origine de toutes les cellules sanguines est mis en évidence chez le poulet.
2. 1981Les premières cellules souches embryonnaires sont isolées chez la souris.
3. 1997La brebis Dolly est clonée par transplantation nucléaire.
4. 2006Yamanaka et son équipe découvrent les cellules pluripotentes induites, ou iPS. — Yamanaka et al., 2006

📖 1. Définition et historique des cellules souches

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule souche : Pr. François Gros — Cellule indifférenciée capable de s’auto-renouveler et de donner naissance à des cellules spécialisées au cours du développement ou de la régénération tissulaire.

💡 Astuce mémo

1920 CSH → 1981 ES murines → 1997 Dolly → 2006 iPS

📖 2. Origines et caractéristiques générales

★ À maîtriser

• Les cellules souches embryonnaires proviennent principalement de la masse cellulaire interne du blastocyste, tandis que les cellules souches adultes sont présentes dans de nombreux organes.

📌 Les cellules souches fœtales sont multipotentes et déjà déterminées par leur tissu d’origine, tandis que les cellules souches embryonnaires sont pluripotentes.

Compléments

• Les cellules souches adultes représentent environ 1 cellule pour 1 000 000 de cellules dans les organes tels que la peau, l’intestin, l’os, la moelle osseuse, le foie, le cœur, le cerveau et le pancréas.

• Les cellules souches amniotiques représentent seulement 1 à 2 % des cellules du liquide amniotique.

• Les cellules souches peuvent être conservées longtemps par congélation à −196 °C.

💡 Astuce mémo

Embryon très plastique, adulte spécialisé

📖 3. Développement embryonnaire et potentialités

🔑 Notions clés & Définitions

• Totipotence : Capacité d’une cellule à produire un organisme entier ainsi que ses annexes embryonnaires, notamment le placenta et le cordon ombilical.
• Pluripotence : Capacité d’une cellule à produire les différents tissus de l’organisme, mais pas un organisme entier avec ses annexes embryonnaires.

★ À maîtriser

• 🔄 Le développement précoce suit plusieurs étapes:
  1. zygote
  2. segmentation
  3. stade à 8 blastomères
  4. morula
  5. compaction
  6. blastocyste précoce
  7. éclosion du blastocyste
  8. blastocyste tardif

📌 Les cellules multipotentes produisent plusieurs types cellulaires d’une lignée déterminée, tandis que les cellules unipotentes ne produisent qu’un seul type cellulaire.

Compléments

• Les quatre grandes catégories de tissus sont:
  • les tissus épithéliaux
  • les tissus nerveux
  • les tissus conjonctifs et de soutien
  • les tissus musculaires

💡 Astuce mémo

Zygote → 8 blastomères → morula → blastocyste

📖 4. Auto-renouvellement et différenciation

🔑 Notions clés & Définitions

• Auto-renouvellement : Capacité d’une cellule souche à produire lors d’une mitose une cellule fille identique qui maintient le stock de cellules souches et une autre cellule qui se différencie.

★ À maîtriser

📌 Lors d’une division symétrique, les deux cellules filles restent dans la niche des cellules souches, tandis que lors d’une division asymétrique, une cellule reste souche et l’autre se différencie.

📌 La prolifération d’une cellule différenciée produit deux cellules de même fonction sans conserver la cellule initiale, tandis que l’auto-renouvellement maintient une cellule souche.

Compléments

📌 Plus une cellule souche possède une forte potentialité, plus elle se divise symétriquement, tandis que les cellules souches des tissus différenciés se divisent davantage asymétriquement.

💡 Astuce mémo

Division symétrique conserve deux CS, division asymétrique conserve une CS et différencie l’autre

📖 5. Cellules souches embryonnaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule ES : Cellule souche embryonnaire pluripotente issue de la masse cellulaire interne du blastocyste.

★ À maîtriser

• Les cellules ES peuvent se différencier en cellules des trois feuillets primitifs:
  • ectoderme
  • mésoderme
  • endoderme

Compléments

• Les cellules ES peuvent donner notamment:
  • des neurones
  • des cardiomyocytes
  • des cellules bêta pancréatiques

📌 Chez la souris, l’auto-renouvellement in vitro des cellules ES est contrôlé par le leukemia inhibitory factor, ou LIF.

• La greffe de cellules ES chez une souris adulte produit un tératocarcinome contenant des cellules différenciées issues des trois feuillets embryonnaires.

💡 Astuce mémo

Masse cellulaire interne → cellules ES pluripotentes → lignages des trois feuillets

📖 6. Clonage et enjeux éthiques

★ À maîtriser

📌 La scission gémellaire sépare un embryon en plusieurs embryons génétiquement identiques, tandis que la transplantation nucléaire remplace le noyau d’un ovocyte par celui d’une cellule somatique.

• Le clonage de Dolly consiste à transférer le noyau d’une cellule de glande mammaire d’une brebis adulte dans un ovocyte énucléé d’une autre brebis, puis à implanter l’embryon obtenu.

📌 Le clonage thérapeutique vise à produire des cellules ou tissus compatibles avec un patient, tandis que le clonage reproductif vise à produire un individu entier génétiquement identique à la souche.

Compléments

• Sur 277 cellules-œufs produites lors du clonage de Dolly, environ 30 embryons se sont formés et un seul a atteint l’âge adulte.

📌 L’utilisation de cellules ES humaines soulève des questions éthiques concernant le statut de l’embryon, l’utilisation d’embryons congelés et la création d’embryons spécifiquement destinés à la recherche.

💡 Astuce mémo

Noyau somatique → ovocyte énucléé → embryon cloné → implantation

📖 7. Cellules souches adultes et mésenchymateuses

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule souche hématopoïétique : Cellule multipotente de la moelle osseuse qui donne naissance aux différentes lignées de cellules sanguines.
• Cellule souche mésenchymateuse : Arnold Caplan, 1991 — Cellule souche d’origine mésodermique présente notamment dans la moelle osseuse et le tissu adipeux.

📝 Points essentiels

• Dans la moelle osseuse, les CSM sont dix fois moins nombreuses que les CSH et représentent 0,1 % à 0,01 % des cellules mononucléées totales.

• Les CSM peuvent notamment se différencier en:

  • os
  • cartilage
  • tissu adipeux
  • muscle lisse
  • ligaments
  • tendons

📌 Les CSM sont peu immunogéniques, exercent un effet immunosuppressif sur la greffe et réduisent la réponse inflammatoire.

💡 Astuce mémo

CSH produisent le sang, CSM assurent le soutien mésodermique

📖 8. Reprogrammation en cellules iPS

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule iPS : Shinya Yamanaka, 2006 — Cellule pluripotente induite obtenue par reprogrammation d’une cellule somatique différenciée.

★ À maîtriser

• La création classique d’une cellule iPS consiste à introduire par rétrovirus des gènes de reprogrammation dans une cellule somatique, souvent un fibroblaste, afin d’activer la pluripotence.

• Les quatre facteurs utilisés sont : (Shinya Yamanaka, 2006):

  • c-Myc
  • Oct3/4
  • Sox2
  • Klf4

Compléments

• En novembre 2007, des cellules iPS humaines sont obtenues avec le cocktail c-Myc, Oct3/4, Sox2 et Klf4, ou avec Oct3/4, Sox2, Nanog et Lin28.

📌 Le rendement de la reprogrammation des cellules somatiques en cellules iPS est très faible, de 0,1 % à 1 % dans les travaux de Yamanaka chez la souris.

💡 Astuce mémo

OSKM : Oct3/4, Sox2, Klf4, c-Myc

📖 9. Cellules induites et facteurs de transcription

★ À maîtriser

📌 Les cellules iPS sont reprogrammées vers la pluripotence, tandis que les cellules induites différenciées sont directement transdifférenciées vers un autre type cellulaire sans passer par un état souche.

• Le facteur c-Myc est un oncogène : son utilisation dans la reprogrammation a provoqué des cancers chez 20 % des souris chimériques.

Compléments

• Les cellules iPS présentent notamment: un fort auto-renouvellement, des marqueurs de pluripotence, une activité télomérase, la capacité de produire des cellules des trois feuillets germinaux

• Des exemples de transdifférenciation sont: cellules exocrines pancréatiques en cellules bêta, fibroblastes en neurones, fibroblastes en cellules musculaires cardiaques

• Les principaux facteurs mentionnés sont:

  • Oct4
  • Sox2
  • Nanog
  • Klf4
  • c-Myc
  • Runx2
  • PPARγ
  • Sox9

💡 Astuce mémo

iPS passent par la pluripotence, CiD passent directement d’une cellule différenciée à une autre

📖 10. Cellules souches neurales adultes

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule souche neurale : Cellule multipotente capable de s’auto-renouveler et de produire des neurones, des astrocytes et des oligodendrocytes.

★ À maîtriser

• Chez les mammifères, les deux régions cérébrales connues pour maintenir des cellules souches neurales adultes sont la zone sous-ventriculaire et le gyrus denté de l’hippocampe.

• Dans la zone sous-ventriculaire, les précurseurs neuronaux migrent vers le bulbe olfactif puis se différencient en neurones matures.

Compléments

• Les cellules souches neurales produisent les cellules du système nerveux central, à l’exception de la microglie, par un processus appelé neurogenèse.

• Le récepteur nucléaire TLX favorise la persistance et la prolifération des cellules souches neurales adultes en réprimant leur différenciation gliale.

💡 Astuce mémo

Deux niches cérébrales : la zone sous-ventriculaire et le gyrus denté

📖 11. Quiescence et médecine régénérative

🔑 Notions clés & Définitions

• Quiescence : État d’inactivité dans lequel une cellule souche ne prolifère pas et ne produit pas de nouvelles cellules.

★ À maîtriser

• Les cellules souches neurales quiescentes G2 possèdent un potentiel régénérateur élevé et peuvent produire rapidement des neurones et des cellules gliales après activation.

Compléments

• Chez la drosophile, le gène tribbles régule sélectivement les cellules souches quiescentes G2, et ses homologues mammifères pourraient devenir des cibles de médicaments.

📌 Le ciblage des cellules souches neurales quiescentes pourrait permettre de générer de nouvelles cellules saines pour réparer des lésions cérébrales, des accidents vasculaires cérébraux ou des maladies neurodégénératives.

💡 Astuce mémo

Réveil des cellules G2 quiescentes → production de neurones et de cellules gliales

📊 Tableaux de synthèse

Niveaux de potentialité

Comparaison des cellules reprogrammées