Fiche de révision : Cellules souches

📋 Plan du Cours

1. Propriétés fondamentales des cellules souches
2. Potentiel de différenciation embryonnaire
3. Cellules souches pluripotentes
4. Cellules souches induites iPS
5. Cellules souches multipotentes
6. Cellules souches hématopoïétiques
7. Niche et quiescence cellulaire
8. Cellules souches cancéreuses

📖 1. Propriétés fondamentales des cellules souches

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule souche : Cellule non spécialisée qui se renouvelle de manière prolongée par division cellulaire afin d’éviter l’épuisement de son stock.
• Quiescence : État de repos cellulaire survenant après la mitose, correspondant à la phase G0, durant laquelle le métabolisme est ralenti et l’ADN n’est pas répliqué.

★ À maîtriser

📌 L’auto-renouvellement repose sur une division asymétrique produisant une cellule souche identique et une cellule fille différenciée, tandis que l’expansion repose sur une division symétrique produisant deux cellules souches identiques.

Compléments

• Lors de l’auto-renouvellement, la cellule fille différenciée mature, exprime sa fonction puis entre en apoptose.

• Les facteurs de réactivation comprennent:

  • facteurs de transcription
  • régulateurs du cycle cellulaire
  • concentration en oxygène
  • facteurs de croissance

💡 Astuce mémo

AEQ : auto-renouvellement, expansion, quiescence

📖 2. Potentiel de différenciation embryonnaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Totipotence : Cellules souches, présentes de la fécondation jusqu’au quatrième jour au stade morula, qui peuvent donner les cellules de l’organisme et celles des annexes embryonnaires, notamment le placenta et le cordon ombilical.
• Pluripotence : À partir du stade blastocyste, les cellules du bouton embryonnaire qui peuvent donner les cellules germinales ainsi que les cellules des trois feuillets embryonnaires.

📝 Points essentiels

📌 Les cellules souches sont classées selon leur potentiel de différenciation en cellules souches embryonnaires et cellules souches adultes.

💡 Astuce mémo

Totipotente = organisme et annexes ; pluripotente = trois feuillets sans annexes

📖 3. Cellules souches pluripotentes

★ À maîtriser

• Les principaux dérivés des trois feuillets sont:

  • ectoderme : système nerveux, cheveux, épiderme et dents
  • mésoderme : muscles, cellules sanguines, vaisseaux, tissus conjonctifs et cellules cardiaques
  • endoderme : système digestif, poumons et vessie

• In vivo, l’injection de cellules pluripotentes à une souris peut provoquer en quelques semaines un tératome contenant de manière désorganisée des tissus différenciés issus des trois feuillets embryonnaires.

Compléments

• Les cellules souches pluripotentes peuvent être isolées entre le cinquième et le dixième jour du développement.

• La gastrulation transforme la masse du bouton embryonnaire en une structure organisée à trois couches par un mouvement d’invagination.

• 🔄 L’évaluation in vitro comprend: mise en culture des cellules, ajout éventuel de facteurs de différenciation spécifiques, détection des marqueurs des feuillets par immunofluorescence

💡 Astuce mémo

Blastocyste → bouton embryonnaire → trois feuillets

📖 4. Cellules souches induites iPS

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellules iPS : Cellules adultes différenciées reprogrammées génétiquement, présentant des caractéristiques et un potentiel de différenciation proches de ceux des cellules souches embryonnaires pluripotentes.

★ À maîtriser

• La reprogrammation des cellules iPS utilise les gènes de pluripotence OCT 3-4, SOX 2, KLF 4 et cMYC.

Compléments

• La reprogrammation est validée in vitro par la détection de marqueurs des trois feuillets et in vivo par la formation d’un tératome.

• Les cellules iPS présentent un intérêt thérapeutique en médecine régénérative.

💡 Astuce mémo

Cellule adulte → reprogrammation génétique → pluripotence

📖 5. Cellules souches multipotentes

🔑 Notions clés & Définitions

• Multipotence : Cellules souches qui peuvent donner uniquement les cellules spécifiques d’un même tissu ou lignage.

★ À maîtriser

• Les fonctions des cellules multipotentes sont:
  • renouvellement physiologique
  • réparation des tissus
  • homéostasie des tissus

Compléments

• Les principaux exemples sont:

  • cellules souches hématopoïétiques
  • cellules souches neurales
  • cellules souches mésenchymateuses

• Après activation par certains signaux, les cellules multipotentes se différencient et perdent progressivement leur multipotence, jusqu’à devenir bipotentes puis unipotentes.

📖 6. Cellules souches hématopoïétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellules souches hématopoïétiques : Cellules multipotentes de la moelle osseuse rouge capables de se différencier en toutes les lignées sanguines.

★ À maîtriser

• Les cellules souches hématopoïétiques permettent le renouvellement des cellules sanguines toute la vie et le maintien d’un taux sanguin constant, notamment parce que les globules rouges vivent 120 jours.

• 🔄 La hiérarchie hématopoïétique comprend:

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

• En 1961, Till et McCulloch ont montré chez la souris que la moelle osseuse saine reconstituait l’hématopoïèse après irradiation létale et formait des colonies spléniques contenant des cellules myéloïdes et érythroïdes.

Compléments

• Le progéniteur myéloïde donne six types cellulaires, tandis que le progéniteur lymphoïde donne les lymphocytes B et T.

• En 1989, Sutherland a identifié des cellules souches hématopoïétiques humaines CD34+ capables de former des colonies de l’ensemble des lignages hématopoïétiques en culture à long terme.

• En 1996, Osawa a montré qu’une seule cellule souche hématopoïétique pouvait reconstituer l’ensemble de l’hématopoïèse chez une souris par des greffes en série.

💡 Astuce mémo

CSH → progéniteur → précurseur → cellule sanguine mature

📖 7. Niche et quiescence cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Niche : Microenvironnement qui entoure une cellule souche et influence sa différenciation, sa prolifération, son maintien en quiescence et son activation.

★ À maîtriser

• Les principaux composants de la niche sont:

  • interactions cellule-cellule
  • apport de nutriments
  • concentration en oxygène
  • sécrétion de facteurs paracrines

• Chez les cellules souches hématopoïétiques, des signaux d’activation du microenvironnement peuvent rompre la quiescence et déclencher la différenciation, la prolifération ou les deux.

📌 L’interaction entre le récepteur CXCR4 des cellules souches hématopoïétiques et son ligand CXCL12 porté par les ostéoblastes maintient les CSH en quiescence et les retient dans la moelle osseuse.

Compléments

📌 Le GM-CSF et les inhibiteurs de CXCR4 cassent l’interaction entre les CSH et les ostéoblastes, mobilisent les CSH dans le sang et permettent leur prélèvement en vue d’une greffe.

💡 Astuce mémo

Interaction CXCR4-CXCL12 → maintien des CSH dans la moelle ; rupture → mobilisation sanguine

📖 8. Cellules souches cancéreuses

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellules souches cancéreuses : Petit groupe de cellules tumorales capables, dans des conditions favorables, de régénérer à elles seules une tumeur entière.

📝 Points essentiels

📌 Le modèle hiérarchique affirme qu’un petit contingent de cellules peut s’auto-renouveler et se différencier pour produire une nouvelle tumeur, tandis que le modèle stochastique affirme que toutes les cellules tumorales peuvent en produire une.

• Le test des tumorosphères consiste à cultiver les cellules dans des conditions minimales sans facteur de croissance, compter les colonies obtenues et les caractériser par des marqueurs spécifiques.

📌 Dans les tests de greffes en série, la reproduction d’une tumeur après greffe primaire puis secondaire chez deux souris démontre le potentiel d’auto-renouvellement des cellules souches cancéreuses.

• Dans le cancer gastrique, les tumorosphères révèlent le contingent de cellules souches cancéreuses puis le traitement par ATRA diminue le nombre de colonies en induisant leur apoptose.

💡 Astuce mémo

Modèle hiérarchique = petit contingent ; modèle stochastique = toute la tumeur

📊 Tableaux de synthèse

Potentiel des cellules souches