Fiche de révision : Cellules souches et microenvironnement

📋 Plan du Cours

1. Propriétés fondamentales des cellules souches
2. Hiérarchie des potentiels de différenciation
3. Cellules souches pluripotentes embryonnaires
4. Reprogrammation en cellules iPS
5. Cellules souches multipotentes adultes
6. Cellules souches hématopoïétiques
7. Niche et régulation des cellules souches
8. Cellules souches cancéreuses

📖 1. Propriétés fondamentales des cellules souches

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule souche : Cellule non spécialisée capable de se renouveler durablement par division et de se différencier en cellule spécialisée dans certaines conditions.
• Quiescence : État de repos correspondant à la phase G0 du cycle cellulaire, caractérisé par un métabolisme ralenti et l'absence de réplication de l'ADN.

📝 Points essentiels

• Le maintien du stock repose sur:

  • l'auto-renouvellement
  • l'expansion
  • la quiescence

• Lors d'une division asymétrique, une cellule souche produit une cellule fille souche identique et une cellule fille différenciée qui peut maturer puis exercer sa fonction avant l'apoptose.

💡 Astuce mémo

Division asymétrique pour conserver le stock, division symétrique pour l'amplifier

📖 2. Hiérarchie des potentiels de différenciation

★ À maîtriser

📌 Les cellules totipotentes peuvent former toutes les cellules de l'organisme et un individu complet, les cellules pluripotentes peuvent former des cellules des trois feuillets embryonnaires mais pas un individu complet, et les cellules multipotentes produisent plusieurs types cellulaires d'un même tissu.

• Les cellules totipotentes sont présentes jusqu'au stade morula, puis les cellules du blastocyste deviennent pluripotentes.

Compléments

• Les cellules pluripotentes embryonnaires sont isolables en général entre le 5ème et le 10ème jour du développement à partir du bouton embryonnaire du blastocyste.

💡 Astuce mémo

Morula → blastocyste → tissus adultes

📖 3. Cellules souches pluripotentes embryonnaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellules pluripotentes embryonnaires : Cellules pouvant donner les cellules germinales et des cellules issues de l'ectoderme, du mésoderme et de l'endoderme, mais ne pouvant pas former un individu complet.

★ À maîtriser

• Pour démontrer la pluripotence in vitro, les cellules sont cultivées puis leur différenciation en cellules des trois feuillets est détectée par immunofluorescence.

• Pour démontrer la pluripotence in vivo, l'injection de cellules ES à une souris entraîne, après quelques semaines, la formation de tératomes capables de proliférer et de se différencier en cellules des trois feuillets.

Compléments

• L'ajout d'acide rétinoïque seul aux cellules ES favorise leur différenciation en neurones, tandis que l'ajout successif d'acide rétinoïque, d'insuline puis d'hormones thyroïdes favorise leur différenciation en adipocytes.

📖 4. Reprogrammation en cellules iPS

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellules iPS : Cellules somatiques adultes reprogrammées pour acquérir des caractéristiques et un potentiel similaires à ceux des cellules souches embryonnaires pluripotentes.

★ À maîtriser

• En 2006, l'équipe de Yamanaka a produit des cellules iPS humaines en reprogrammant des cellules somatiques adultes.

• L'introduction de 4 gènes de pluripotence suffit à conférer aux cellules somatiques un état immature avec auto-renouvellement et différenciation dans tous les types cellulaires.

Compléments

• Les propriétés souches des iPS sont vérifiées in vitro par leur différenciation et in vivo par leur greffe chez une souris immunodéficiente suivie de la formation de tératomes.

💡 Astuce mémo

Introduction de 4 gènes de pluripotence → retour à un état pluripotent

📖 5. Cellules souches multipotentes adultes

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellules souches multipotentes : Cellules, généralement adultes, capables de donner différents types cellulaires spécifiques d'un même tissu sans produire tous les types cellulaires de l'organisme.

📝 Points essentiels

• 🔄 L'engagement dans la différenciation suit la séquence:

  1. cellule multipotente
  2. cellule bipotente
  3. cellule unipotente

• Les cellules souches multipotentes assurent le renouvellement physiologique, la réparation et l'homéostasie des tissus grâce à l'équilibre entre quiescence et entrée dans le cycle cellulaire.

💡 Astuce mémo

Multipotente → bipotente → unipotente

📖 6. Cellules souches hématopoïétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule souche hématopoïétique : Cellule multipotente de la moelle osseuse capable d'auto-renouvellement, de quiescence et de différenciation en cellules des différents lignages sanguins.

📝 Points essentiels

• Elle peut donner notamment:

  • les lymphocytes
  • les érythrocytes
  • les polynucléaires éosinophiles

• 🔄 La différenciation hématopoïétique suit:

  1. cellule souche hématopoïétique
  2. progéniteur myéloïde ou lymphoïde
  3. précurseur engagé
  4. cellule sanguine mature

• En 1961, Till et McCulloch ont montré, après irradiation létale puis injection de moelle osseuse saine chez la souris, que des colonies spléniques contenant des cellules myéloïdes et érythroïdes dérivaient de cellules multipotentes.

📖 7. Niche et régulation des cellules souches

🔑 Notions clés & Définitions

• Niche : Microenvironnement formé par les éléments entourant les cellules souches et régulant leur quiescence, leur activation, leur différenciation et leur prolifération.

📝 Points essentiels

• La niche comprend:

  • les interactions cellule-cellule
  • les facteurs paracrines
  • la concentration en oxygène
  • l'apport de nutriments

• L'interaction entre CXCR4 exprimé par la cellule souche hématopoïétique et CXCL12 produit par les ostéoblastes retient la cellule dans la moelle osseuse et favorise sa quiescence.

📌 Le GM-CSF et les inhibiteurs de CXCR4 déstabilisent l'interaction entre les cellules souches hématopoïétiques et les ostéoblastes, ce qui mobilise les cellules CD34+ de la moelle osseuse vers le sang.

💡 Astuce mémo

Déstabilisation de CXCR4–CXCL12 → sortie de quiescence et mobilisation sanguine

📖 8. Cellules souches cancéreuses

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellules souches cancéreuses : Petit contingent de cellules tumorales capables de s'auto-renouveler, de rester quiescentes, de se différencier et de reproduire une tumeur présentant les caractéristiques de la tumeur initiale.

★ À maîtriser

📌 Dans le modèle hiérarchique, seul un petit contingent de cellules cancéreuses peut s'auto-renouveler et former une tumeur, tandis que dans le modèle stochastique toutes les cellules tumorales pourraient former une tumeur selon les signaux reçus.

• Le test des tumorsphères consiste à cultiver les cellules tumorales en conditions minimales, puis à compter les colonies formées, chaque colonie provenant d'une cellule et révélant un contingent de cellules souches cancéreuses.

• Lors de transplantations en série, une tumeur issue d'une greffe primaire est greffée à une seconde souris et la reproduction de la tumeur démontre l'auto-renouvellement des cellules souches cancéreuses.

Compléments

• Dans le cancer gastrique, le traitement des cultures de tumorsphères par 5 µm d'ATRA diminue le nombre de colonies en altérant ou en induisant l'apoptose des cellules souches cancéreuses.

💡 Astuce mémo

Modèle hiérarchique : quelques cellules initiatrices ; modèle stochastique : toute cellule peut l'être

📊 Tableaux de synthèse

Potentiel des cellules souches

Modèles de cellules souches cancéreuses