Réparation et régénération du muscle squelettique adulte
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Réparation et régénération du muscle squelettique adulte Gilles Carnac, U1046 INSERM, France « Physiologie et médecine expérimentale du cœur et des muscles » [email protected] Chez l’homme les muscles représentent 40% du poids du corps tendon enveloppe conjonctive os Faisceau de fibres Diversité fonctionnelle des muscles squelettiques 1- Les mouvements / La locomotion /Maintien postural/respiration 2-Homéostasie métabolique (glycémie….) 3- Thermorégulation Le muscle squelettique « s’auto-répare »! Le muscle squele*que adulte se régénère… Lésions aigues (injec/on de notéxine) Dépôts transitoires de collagène Muscle sain Infiltrats inflammatoires transitoires Muscle régénéré (1 mois) Mann et al. Skeletal Muscle 2011 La régénéra4on musculaire squele*que chez l’adulte… Cellule satellite Myoblastes Fibres musculaires (progéniteur) (précurseur) (myofibre) Quiescence Activation Prolifération cellulaire Processus de différenciation Voies de signalisation ? Auto-renouvellement Pax-7 Myf-5 MyoD Myogénine Une régénéra4on altérée en condi4on pathologique... Lésions chroniques AccumulaBon de dépôts de collagène Muscle dystrophique InfiltraBons inflammatoires persistantes Fibrose Mann et al. Skeletal Muscle 2011 monocytes Défauts de régénéra4on dans les dystrophies musculaires… Défaut de différenciation Cellule satellite Myoblastes Fibres musculaires (progéniteur) (précurseur) (myofibre) Quiescence Activation Défaut de quiescence Prolifération cellulaire Processus de différenciation Défaut de survie Microenvironnement Cellule satellite et régénération musculaire in vitro Biopsie Pr. J. Mercier: Département de Physiologie des Intéractions-EA 701: Muscles et pathologies chroniques. Protocole 6 à 8 jours Mise en culture des explants Purification sur colonne (MACS) 1. Incubation 2. Chargement de la colonne placée dans un champs magnétique AC anti CD56-Bille magnétique Cellule satellite exprime AG CD56 aimant Les cellules marquées sont retenues, les autres types cellulaires passent dans la colonne 3. Elution Les cellules marquées sont éluées Purification avant après Desmine DAPI 10 à 40% de myoblastes 99 % de myoblastes Protocole 10-40% de myoblastes explants Purification sur colonne Différenciation Prolifération confluence Cellule satellite et régénération musculaire in vitro myoblastes myotubes Cellules mononuclées maturation Cellules différenciées plurinuclées Contraction. Présence de myofibres Les myoblastes: un modèle dynamique de la différenciation... Normale Prolifération, différenciation,……. Pathologique FSHD, DMD, Diabète type II, BPCO. Limitations Pas de structure tridimensionnelle des fibres formées Pas d’innervation Prolifération limitée Les myoblastes: un source de cellules idéale pour la thérapie cellulaire Cellules satellites Les myoblastes Avantages: Production facile Régénèrent les fibres Myoblastes, thérapie cellulaire et dystrophies musculaires Cellule satellite Muscle sain Les myoblastes Atrophie musculaire Nécrose musculaire 92, 93, 95, 97 DMD 1990, Laboratoire:Tremblay, Kunkel, Blau FSHD Prévue 2006 Laboratoire: Desnuelle,France Limitations nombreuses: le cas de la FSHD Greffe autologue (sur le même individu, pas de rejet) Côté sain Côté pathologique Mortalité élevée Différenciation précoce Faible migration FSH Cellules satellites saines Age du donneur/receveur Limitations nombreuses: le cas de la FSHD Greffe autologue (sur le même individu, pas de rejet) Côté sain Côté pathologique Mortalité élevée Différenciation précoce Faible migration FSH Cellules satellites saines Age du donneur/receveur Efficacité réduite : Mortalité des myoblastes amplification D’après Beauchamp et al. 2000. Efficacité réduite : Mortalité des myoblastes Cellules Nécrose Cellules viables ischémique viables D’après Skuk et al et al. 1997. Efficacité réduite : Mortalité des myoblastes amplification Stress oxydant ?? Réponse immunitaire D’après Beauchamp et al. 2000. Stress Oxydant : Rupture de l’homéostasie rédox Espèces Oxygénées Réactives - Oxydants Antioxydants 1/ Système Enzymatique (SOD, GSH, catalase,…) -Produit par la mitochondrie et certaines enzymes 2/Système nonenzymatique Toxiques! (altération des gènes, protéines, membranes) Halliwell & Guttridge, 1999 Hypothèse: la perte d’efficacité est liée à la transplantation? L’acide rétinoïque contrôle l’expression de la GPx3 et la survie des cellules satellites humaines Stress oxydant Perturba4on de l’adhérence Apoptose Cellules satellites GPX3 Défense antioxydante RXR/RAR El Haddad et al., 2012 Limitations nombreuses: le cas de la FSHD Côté sain Côté pathologique Mortalité élevée Différenciation précoce Faible migration Cellules satellites saines Age du donneur/receveur Efficacité réduite : différenciation précoce des myoblastes greffés - Diminution de la prolifération PBS Riederer et al.,Mol.Ther 2012. Bencze et al., Mol.Ther 2012. Parker et al., stem cell, 2012. - Différenciation précoce Sérum/Notch/MPI Limitations nombreuses: le cas de la FSHD Côté sain Côté pathologique Mortalité élevée Différenciation précoce Faible migration Cellules satellites saines Age du donneur/receveur Réparation locale: faible migration Implantation de myoblastes humain dans souris immunodéprimées SCID Dystrophine (souris) PKH 67/laminA (myoblastes humains) Illustration de la technique de transplantation Peau et hypoderme Région d'injection (carré blanc) Skuk et al., J Neuropathol Exp Neurol, 65, 2006, 371-386. Injection saline Injection de MPC Skuk et al., J Neuropathol Exp Neurol, 65, 2006, 371-386. Résultats : Avec une injection tous les cm: <1% Avec une injection tous les mm: On retrouve les myofibres du donneur chez 8 / 9 patients traités avec un pourcentage variable de 3,5% à 26%. Pour autant les cellules dystrophine-positives ne se retrouvent jamais hors de la zone injectée Transplantation de myoblastes est peu efficace! Capacité de survie des cellules satellites est extrêmement élevée 1) Résistance au stress oxydant Pallafacchina et al. 2010 Montarras et al. 2005 Nb de cellules dyspos 400 200 0 Contrôle 100 265 301 88 H202 50 Satellites Myoblastes 1 murins 2 3 murines 0 Satellites Myoblastes murines 1 murins AnBoxydant Cellule souche Cellule différenciée Yanes et al., 2010 Capacité de survie des cellules satellites est extrêmement élevée 2) Résistance à l’hypoxie: cellules satellites post-mortem Latil et al., 2012 La cellule satellite, une cellule souche à fort potentiel pour la thérapie cellulaire ….à condition de maitriser sa production.
