Les cellules souches de l`embryon à l`adulte
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Genie_Gen-7-CellulesSouches.pdf Les cellules souches de l’embryon à l’adulte : Intérêt scientifique, intérêt thérapeutique Rappels d’embryologie : 3jours : Stade 8 cellules 5/6 jours : blastocyste (contient les cellules souches embryonnaires) Embryon : cellules pluripotentes Fœtus/nouveau né : quelques cellules souches Une cellule souche a la capacité unique de : S’auto renouveler indéfiniment ou de manière prolongée Produire différentes cellules spécialisées (différenciées) Qu’est ce que l’auto renouvellement ? Une cellule produit après division une autre cellule identique à la première. Elle peut également faire une division asymétrique et donner une cellule différenciée (ex : un neurone) ≠ un progéniteur : cellule incapable de s’auto renouveler mais qui peut donner différentes cellules spécialisées (ex : cellules souches hématopoïétiques) Hiérarchie cellulaire : Cellule souche ↓ Cellule d’amplification transitoire- progéniteur ↓ Cellules différenciées Où trouve-t-on des cellules souches ? • 3e jour : cellule souche ou blastomère (2-4-8 cellules). Cellules capables de s’auto renouveler (à partir de 16cellules : différenciation). Ces cellules vont donner l’ensemble du fœtus et les annexes embryonnaires (ce sont des cellules totipotentes : elles peuvent tout faire) • 5e/7e jour : blastocyste : 2types cellulaires : Trophoblastes à l’extérieur (qui donneront quasiment tout le tissu extraembryonnaire Masse cellulaire interne ou bourgeon embryonnaire : donneront le tissu embryonnaire (on sait mettre ces cellules en culture tout en conservant leur caractéristiques embryonnaires depuis 1998) e • 6 semaine : Cellules donnant les gamètes (cellules souches germinales) ces cellules isolées et mises en culture donnent des cellules pluripotentes • Fœtus : cellules souches fœtales : possibilités plus restreintes : pluri ou multipotentes (muscles, os…) • Enfant : Cellules du sang du cordon ombilical ou cellules du placenta Genie_Gen-7-CellulesSouches.pdf • Adulte : cellules souches de la moelle osseuse (cellules souches hématopoïétiques et osseuses) On a trouvé des cellules souches dans le SNC (au niveau olfactif notamment) La cellule souche est : Totipotente : donne tous les types cellulaires, y compris les cellules embryonnaires (3-4 premiers jours) Pluripotentes : donne toutes les cellules spécialisées d’un individu (environ 200 types différents chez l’homme) Multipotente : donne plusieurs types de cellules spécialisées Unipotente : un seul type de cellule spécialisées (ex : cellules souches testiculaires ne peuvent que donner des spermatozoïdes) Les cellules souches embryonnaires (CSE) dérivent de la masse interne du blastocyste (embryon du 3e au 7e jour) Les cellules souches foetales (CSF) dérivent de tissus fœtaux Les cellules souches adultes (CSA) dérivent de tissus adultes Quels sont les rôles des cellules souches ? Les CSE produisent des progéniteurs qui, à leur tour se différentient en cellules spécialisées créant des tissus et des organes Les CSF participent à la croissance des organes et tissus fœtaux Les CSA participent au renouvellement des tissus adultes Challenges thérapeutiques : Médecine régénérative, thérapie cellulaires : construire, renouveler, réparer, régénérer, remplacer des tissus. Thérapie cellulaire : Définition : consiste en l’injection de cellules dans le but de prévenir, traiter ou atténuer une maladie. Principe : remplacer les cellules déficientes d’un tissu lésé par des cellules exogènes adéquates Exemples : transfusion sanguine, greffe de moelle osseuse, greffe de peau (prélèvement de 2/3 cm2 de peau que l’on fait pousser in vitro pour en obtenir 1m2 puis greffe.) Transplantation : autogreffe (soi), allogreffe (même espèce), xénogreffe (autre espèce) Potentiel scientifique des cellules souches : • Etude de la différenciation cellulaire • Etude de l’apparition des phénomènes de dégénérescence et de vieillissement cellulaire • Etude du développement embryonnaire • Etude des phénomènes de cancérisation • Etude de la pluripotence Genie_Gen-7-CellulesSouches.pdf CSA CSE Différenciation limitée : multipotentes plus plasticité Différentiation illimitée : pluripotentes Rares dans les tissus matures Présentes en grand nombre Difficiles à cultiver Faciles à cultiver Plus « éthiques » que les CSE Différence entre cellule souches adultes et embryonnaire : Les cellules souches adultes : • Ont pour fonction d’assurer le renouvellement tissulaire (l’homéostasie) et certaines réparations tissulaires après un accident (cicatrisation) • Elles proviennent de différents tissus adultes, généralement prélevées avec le consentement informé du patient ou donneur. Exemple : Les cellules souches hématopoïétiques : donnent des progéniteurs qui donneront ensemble des cellules du système sanguin (multipotentes) Plasticité inattendue des CSA : Les cellules souches de la moelle osseuse peuvent se différencier en cellules nerveuses, du foie, du muscle cardiaque, du muscle squelettique… MAIS… Comment identifier les CSA ? Fonction = capacité d’une cellule à former et régénérer un tissu pendant une longue période de temps. Il reste des questions non résolues : Tous les tissus ont-ils des cellules souches ? Si non lesquels ? Pourquoi les cellules souches restent elles indifférenciées quand les cellules autour d’elle se sont différenciées ? Quels sont les signaux régulant la prolifération, différentiation, plasticité des cellules souches ? Domaines de la médecine régénératrice : SNC (Parkinson, Alzheimer), peau (brûlures), sang (leucémies, anémies), foie (cirrhose, hépatites), appareil urinaire (incontinence urinaire), muscle (dystrophie musculaire), pancréas (diabète), os/cartilage (régénération des cartilages) Les cellules souches fœtales : • Ont pour fonction d’assurer la croissance des tissus et organes du fœtus • Elles proviennent de différents tissus fœtaux, généralement prélevés sur IVG Genie_Gen-7-CellulesSouches.pdf Ex d’application des CSF : greffe du sang du cordon ombilical : très bons résultats dans les leucémies infantiles Autre application : maladie de Huntington (Max Pechanski) : • Maladie neurodégénérative • Fréquence évaluée à 1/5000 • Début tardif (vers 40ans) à évolution progressive • Mouvements choréiques • Troubles du caractère et du comportement • Troubles psychiatriques • Evolution progressive vers la démence • Transmission autosomique dominante Huntington : perte de cellules neuronales. Peut on les remplacer ? Le traitement consiste en une greffe neuronale fœtale dans le striatum. Les cellules germinales primordiales (PGC) : Développement de PGC chez l’homme de la 3e a la 6e semaine. Migration dans l’embryon pour rejoindre les futures gonades. Ce sont les seules cellules capables de faire une méiose pour donner ensuite des gamètes, puis la fécondation qui donnera un individu complet. Elles sont donc potentiellement totipotentes. Les cellules embryonnaires germinales : source : fœtus 8e à 10e semaine • Origine : crête génitale (cellules germinales primordiales) • Capacité d’auto renouvellement • Pluripotentes : formation in vitro de corps embryoïdes contenant de multiples types de cellules spécialisées. • Intérêt : différenciation en cellules spécialisées pour réparer une fonction. Mais il existe un certain nombre de tissus que l’on ne peut pas produire avec ces cellules. Les cellules souches embryonnaires (CSE ou ESC = embryonic stem cells) Stade blastocyste : Plan d’organisation non encore apparent, les cellules du trophoblaste sont formées. Les CSE sont pluripotentes : Elles ont potentiellement le pouvoir de produire tous les types cellulaires Tératocarcinome : tumeur contenant tous les types de tissu (on les obtient en injectant des CSE chez des souris immunodéprimées) Propriétés des CSE : • Dérivées d’un embryon âgé de quelques jours, avant que les tissus spécialisés de l’organisme apparaissent. • Croissance illimitée • Elles sont pluripotentes Source des CSE : • Embryons excédentaires provenant de cliniques de FIV. Genie_Gen-7-CellulesSouches.pdf • • • Embryons créés par FIV à partir de dons de gamètes à des fins de recherche Lignées de CSE existantes Transfert de noyau d’une cellule somatique Les cellules souches humaines embryonnaires (hCSE) donnent naissance in vivo à des tumeurs embryonnaires (tératomes) qui présentent des dérivés des trois types : ecto, méso et endodermique. Phénotypes cellulaires produits in vitro à partir de hCSE : • Cellules neurales (neurons, astrocytes, oligodendrocytes…) • Dérivés hématopoïétiques • Cellules du pancréas • Cardiomyocytes • Hépatocytes • Cellules endothéliales • … Ces cellules différenciées sont elles fonctionnelles in vitro/vivo ? Applications des hCSE en recherche biomédicale : • Recherche fondamentale sur le développement embryonnaire humain et la régénération/réparation tissulaire • Génomique fonctionnelle sur des cellules humaines • Modèle in vitre pour la recherche de médicaments et les études toxicologiques • Etudes des pathologies génétiques rares • Etude de la pluripotence • Etude des phénomènes de cancérisation • Source de greffon pour la transplantation (thérapie cellulaire chez l’homme) Défis de la thérapie cellulaire par hCSE : • Production, amplification et standardisation de greffons (issus de hCSE) de qualité adéquate • Quelles populations de cellules transplanter ? • Comment placer le greffon et sous quelles formes ? • Problèmes de rejet (immunosuppression/sites immunoprivilégiés ?) • Sécurité de la thérapie cellulaire : tumeurs • Efficacité vs traitement déjà disponibles Solutions du rejet des greffons hCSE : • Banques de lignées de hCSE • Modification des gènes d’histocompatibilité de hCSE • Immunosuppression médicamenteuse • Transplantation uniquement dans des sites privilégiés • Clonage thérapeutique (Somatic cell nuclear transfer) • Reprogrammation d’une cellule différenciée Première expérience de transplantation nucléaire chez les mammifères : Dolly en 1997 Genie_Gen-7-CellulesSouches.pdf On prend un ovocyte dont on sort le noyau. On prend un noyau de cellule somatique (fibroblaste par exemple) que l’on injecte dans l’ovocyte. Après un stimuli chimique ou physique on induit le développement. Clonage thérapeutique à partir d’un patient : ce serait la solution pour avoir une source de cellules ou de tissu adaptés à l’individu en thérapie cellulaire. On effectue la même manipulation que précédemment jusqu’au stade blastocyste, d’où on créera une lignée de cellules souches. Problème : source des ovocytes. Problèmes de compatibilités si on utilise des ovocytes d’origine animale. 2e solution : rendre une cellule pluripotente : • La fusion cellulaire : fusion entre une CSE et une cellule lymphocitaire (B) : on reprogramme le noyau du lymphocyte et on le rend totipotent. Mais la cellule aura deux fois le génome normal. • La reprogrammation : Introduction d’un facteur (oct4, sox2, c-myc et klf4) dans un fibroblaste le rend pluripotent. Problème : le facteur c-myc rend la cellule oncogène : capable d’induire la prolifération cellulaire et donc une cancérisation. Autres possibilités d’utilisation des cellules souches : Pharmacologie : CSE : source de cible pour les molécules testées. Etude de pathologies génétiques rares : On manque parfois de cellules pour les études car il n’est pas toujours possible de prélever des cellules sur le patient (ex : Huntington) DPI : Utilisé pour les couples porteurs de maladies génétiques, potentiellement vecteurs de maladies génétiques : A partir des gamètes on produit 6 ou 7 blastocystes (embryon développé à 8 cellules). On prélève alors 1 ou 2 cellules et on fait une analyse génétique pour déterminer les embryons saints. Les embryons atteints sont utilisés pour la recherche scientifique. Loi française : L94-654 révisée le 6 Août 2004 : Il est interdit de faire naître un enfant génétiquement identique, d’effectuer un clonage humain à des fins commerciales, de recherche industrielles ou thérapeutiques. A titre exceptionnel il est autorisé : Les études ne portant pas atteinte à l’embryon Par dérogation : Pour une période limitée à 5 ans Autorisé sur embryons et cellules de l’embryon Pour des progrès thérapeutiques majeurs S’il n’y a pas de méthodes alternatives Genie_Gen-7-CellulesSouches.pdf Embryons sur lesquels sont autorisés les recherches : Embryons conçus in vitro, sans projets parentaux Embryons ne pouvant être transférés Autorisation de l’agence de biomédecine
