Cellules souches - Medicongres.net
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Cellules souches : généralités Vue d’ensemble : Neurulation, développement précoce du SNC et histogenèse du tube neural Les cellules souches neurales adultes Les cellules souches cancéreuses Dr E Lechapt-Zalcman Qu’est-ce qu’une cellule souche? Stem cells build tissue when and where it’s needed Une cellule souche a la capacité unique de: s’auto-renouveler indéfiniment ou de manière prolongée (compartiment d’amplification, niche) produire différentes cellules spécialisées (différenciées) Mitose symétrique autorenouvellement Pool de cellules souches quiescentes Mitose asymétrique lignage Potentialités Cellules souches Progéniteurs multipotents Transit amplifying or intermediate progenitor cells précurseurs Cellules différenciées Spécification Maturation Différenciation Rôle des cellules souches Différentes catégories de cellules souches Stade zygote : Blastomères totipotents Zone pellucide J2 : 4 blastomères J1: 2 premiers blastomères A B J4 (morula) 16 à 30 blastomères Divisions asynchrones et asymétriques Début du processus de polarisation (compaction) A : futur pole abembryonnaire B : futur pole embryonnaire Blastocyste : cellules souches embryonnaires Trophoblaste polaire Masse cellulaire interne Trophoblaste mural Cellules de la masse cellulaire interne sont pluripotentes Cellules souches embryonnaires ESCells Capables de se différencier dans tous les lignages somatiques Capables sous certaines conditions de se différencier en gonocytes Sauf cellules du trophoblaste Potentialités de cellules souches embryonnaires Unlimited proliferation potential Highly methylated genome Not self-renewing hypomethylated genome deuxième semaine du développement : épiblaste Vers J7-8 Disque embryonnaire didermique Épiblaste donnant la totalité de l’embryon. Hypoblaste, tissu transitoire Cellules de l’épiblastes sont pluripotentes Cellules souches embryonnaires EpiSCells Capables de se différencier dans tous les lignages somatiques Capables sous certaines conditions de se différencier en gonocytes Différentes catégories de cellule souches pluripotentes: Kieffer E. Med Sciences 2010, vol 26 Cellule souches à pluripotence induite: Kazutoshi Takahashi1 and Shinya Yamanaka Cell 2007 vol123, 4 : 663 Yu J, Vodyanik MA, Smuga-Otto K, et al. Science 2007 ; 318 : 1917-20 Vue d’ensemble : Neurulation Développement précoce du SNC Histogenèse du tube neural Fin 3eme semaine : 3 feuillets primordiaux Ectoderme de surface Plaque neurale ectoderme mésoderme endoderme Formation de la plaque neurale J19 Plaque neurale Plaque neurale Processus chordal Processus chordal Ligne primitive Ligne primitive Formation du tube neural Stade 8, J23 : gouttière neurale Stade 9, J25 : crêtes neurales Stade 10, J28 : tube neural Stade 11, J29 : fermeture neuropore rostral A Liu. Natures Reviews-Neuroscience dec 2005 Induction neurale : BMP4 et différenciation proneuronale Bone Morphorgenesis Protein (BMP) receptors A Liu, LA Niswander. Natures Reviews-Neuroscience dec 2005 Formation des vésicules cérébrales primitives Stade 11, J29 : le tube neural se renfle d'avant en arrière en 3 vésicules: le prosencéphale, le mésencéphale, le rhombencéphale. Schéma du développement embryonnaire du SNC ? Histogénèse du tube neural Prolifération des cellules souches neuroépithéliales Différenciation des neuroblastes et des cellules gliales Migration des cellules neuroblastes Ectoderme: épithélium prismatique simple Neuroépithélium prismatique speudostratifié Cellules souches neuroépithéliales Cellules bipolaires Cellules jointives : jonctions Lame basale externe Cycle mitotique +++ 1ere phase : Prolifération des cellules souches neurales Mitose symétrique cavité épendymaire Caryocinèse translocation périodique de leur noyau vers la région ventriculaire Membrane limitante externe 2d phase : Différenciation des cellules souches neurales Mitose asymétrique Une cellule fille identique (cellule souche) qui continue de se diviser Une cellule précurseur postmitotique qui sort du cycle cellulaire (jaune) et perd le contact avec la lame basale Différenciation des cellules souches neurales Notch-1/ numb Différenciation et Migration des neuroblastes La plupart des neurones sont guidés dans leur migration de la zone ventriculaire au cortex par les cellules gliales radiaires Nature reviews.neuroscience 2007 Vol8 pp143 Les trois couches du tube neural primitif couche ventriculaire ou germinative: à l’origine des cellules souches neuroépithéliales donnant naissance aux neuroblastes et cellules gliales, puis cellules épendymaires, pituicytes et pinéalocytes. Son épaisseur se réduit avec l'arrêt des mitoses, elle formera alors l'épendyme. couche du manteau ou intermédiaire: neuroblastes ou glioblastes en voie de différenciation, formera la substance grise couche marginale: rassemble des cellules gliales et prolongements neuronaux, formera la substance blanche, Cytodifférenciation du cortex cérébral neurépithélium zone marginale 3 zones Ventriculaire (germinative) Intermédiaire marginale Plaque corticale zone subventriculaire Sous plaque épendyme Couche moléculaire Ancienne hypothèse : 2 lignages précoces Cellules neuroépithéliales Précurseurs gliaux Glioblastes/spongioblastes Précurseurs neuronaux neuroblastes Glie radiaire Cellules gliales Astrocytes Oligodendrocytes ependymocytes neurones Différenciation des cellules gliales Cellules gliales radiaires (spongioblastes) Avant la fin de la neuronogenèse Rôle clef dans le développement neuronal Support dans la migration neuronale Cellules gliales (glioblastes) Lorsque la production de neuroblaste a cessé Potentiel neurogénique de la glie radiaire IPG : internal progenitor cells => o: oligodendrocytes / n: neurones MZ, zone marginale; CP, plaque corticale; IZ zone intermédiaire; NE, neuroepithelium; SVZ, subventricular zone; VZ, zoneventriculaire. Origine de la glie radiaire et transformation des cellules neuroépithéliales Neurogenèse chez l’adulte E13 IPG : internal progenitor cells => o: oligodendrocytes / n: neurones B cells : adult SVZ astrocytes MA, mantle; MZ, marginal zone; NE, neuroepithelium; SVZ, subventricular zone; Kriegstein & Alvarez-Buylla, Annu. Rev. Neurosci. 2099.32:149-84 VZ, ventricular zone. Neurogenèse adulte? • Jusqu’à la fin du XXème siècle : le cerveau était considéré comme un organe « stable » dépourvu de mécanisme de régénération pour que ce conserve souvenirs et pensées tout au long de la vie • Un dogme en neurobiologie “We are born with a certain number of brain cells which decrease with age. Everything must die in the brain or spinal cord - nothing can regenerate.” Ramon y Cajal 1902 Nat Med. 1998 Nov;4(11):1313-7 Comportement ex vivo des cellules souches neurales Okano, 2002 Où trouve-t-on des cellules souches neurales? Régions principales où de la neurogenèse a lieu pendant toute la vie adulte (en gris): • Bulbe olfactif • Hippocampe Régions d’origine des cellules souches (en noir): • Zone subventriculaire • Gyrus denté (ZSG) De la neurogenèse est à présent également trouvée dans le cortex parieto-frontal, la moelle épinière… Galli et al., 2003 Cellules souches de la zone sous ventriculaire Medecine/Sciences 2006 Niche neurogénique adulte (ZSV) : cellules de type B sont proches des cellules de la glie radiaire Lumière ventriculaire cellules épendymaires ciliées Prolongements apicaux et jonctions des CSN (cellules B ou SVZ astrocytes) regroupés en « rosace » ZV ZSV Progéniteurs neuronaux (C) entourés par les prolongements basaux des SCN Neuroblastes (A) en migration Vaisseaux sanguins Mirzadeh Cell stem cell 2008 Les cellules souches de la zone sous granulaire du gyrus dentelé de l’hippocampe In vitro : Cf neurosphères non passables non totipotentes Cellules progénitrices In vivo Migration dans les couches granulaires Quel lien entre NSC embryonnaires et adultes? Kriegstein & Alvarez-Buylla, Annu. Rev. Neurosci. 2099.32:149-84 Cellules souches cancéreuses (a): toutes les cellules d'une tumeur ont la capacité à se diviser et à former de nouvelles tumeurs. (b) quelques cellules spécifiques sont capables de former de nouvelles tumeurs : les cellules souches cancéreuses Identification of human brain tumour initating cells : xénogreffe CD133+ J 14 après injection J14 après injection CD133- a, Magnetic resonance imaging (MRI) scan of a mouse injected with 1,000 CD133+ medulloblastoma cells shows an enhancing mass under the injection tract (arrowheads) 14 weeks post-injection. b, c, Low (b) and high (c) magnification histological sections of the xenograft show a highly cellular mass below the injection site (white arrow in b). d, Histological section of mouse brain injected with CD133medulloblastoma cells shows the injection tract (black arrow), but no tumour formation. Scale bar on all panels represents 100 microns. Singh et al., 2004, Nature, 432 396-401 CD 133+ CD 133- a, In the normal brain, stem cells, which express the CD133 marker and so are designated CD133+, can generate new stem cells by the process of selfrenewal. They can also produce early progenitor cells (CD133+), and later progenitor cells (CD133-) that give rise to the mature forms of brain cells (neurons, astrocytes and oligodendrocytes, all CD133-). Unlike the stem cells, progenitor cells have limited ability to replicate. I II b, Singh et al.1 have identified cancer stem cells. Such cells could arise from CD133+ brain stem cells, when loss of normal constraints results in expansion of the abnormal stem-cell pool, or from early CD133+ progenitor cells as a result of mutations that make these cells self-renewing. In either case, the cancer stem cells also generate abnormally differentiated CD133- progeny that cannot self-renew and thus cannot form new tumours. Comment identifier les CSCs ? (5) Comment identifier les CSCs ? - autorenouvellement (neurospheres) - multipotente (astrocytes + neurones) - capacité d’initier une tumeur - prolifération extensive Comment identifier les CSCs ? Side population (SP) cells Surexpression de transporteurs (famille ABCT) Incubation de cellules cancéreuse en présence de colorants vitaux (Hoechst 33342) : séparer les cellules différenciées gorgées de colorant des CSCs qui rejettent le colorant Marqueurs de surface (phénotype) CD133 (prominin-1) A2B5 CD15 (stage Specific Embryonic Antigen-1) … CSCn et résistance aux traitements Figure 1. Les traitements anti-cancéreux traditionnels (en haut) tuent rapidement les cellules tumorales en division (rouge) mais leurs effets sont souvent transitoires, suggérant la persistance de cellules souches cancéreuses (bleu), à l’origine de la récurrence tumorale. L’enjeu actuel (en bas) consiste à développer des outils thérapeutiques capables de cibler directement les cellules souches cancéreuses, afin d’obtenir des rémissions à plus long terme. De nouvelles cibles thérapeutiques ? Modèles de niche pour CaSCs Sneddon J B, Werb Z. Cell Stem Cell 1, Dec 2007
