Hiérarchie des cellules souches

M1 UE CANCERO Groupe
Cours du 23/09/11 de 16h à 17h KUNTZ Salomé & LACAN Laure
C11 L. Mauvieux
Page 1 sur 14
CELLULES SOUCHES ET CELLULES
PROLIFERANTES -
REGULATION ET DIFFERENCIATION CELLULAIRE
I. Propriétés des cellules souches
 Cellule à longue durée de vie
 Capable d’auto renouvellement (duplication sans perte des capacités de
Développement)
 Peuvent donner naissance à de multiples types cellulaires (différenciation)
 Dans les conditions adéquates, peuvent se différencier en cellules originaires
normalement des 3 couches embryonnaires : ectoderme, mésoderme,
endoderme
 Capable de prolifération
 De régénérer des tissus après blessure
 De plasticité dans ces différentes options.
II. Hiérarchie des cellules
souches
 La cellule la plus primitive est
une cellule qui peut reconstituer
un organisme entier. Ce sont
des cellules totipotentes.
 La cellule qui peut reconstituer
plusieurs tissus dans un
embryon est une cellule
pluripotente.
 Dans un organisme adulte, une
cellule à renouvellement rapide
qui peut donner différents types
cellulaires mais restreints à un
même organe est une cellule
multipotente, elles sont aussi appelées cellules tissulaires somatiques.
Dans les cellules pluripotentes, on trouve les cellules souches embryonnaires qui
nous intéressent ici. Ensuite, elles deviennent des cellules multipotentes, capables
de donner des cellules souches nerveuses, des cellules souches de l’intestin ou
encore des cellules souches hématopoïétiques.
A noter que :
 Potence : définit la capacité à se différencier en différents types cellulaires
 Pluripotence : peut donner naissance à tous types cellulaires adultes ex : CSE

M1 UE CANCERO Groupe
Cours du 23/09/11 de 16h à 17h KUNTZ Salomé & LACAN Laure
C11 L. Mauvieux
Page 2 sur 14
 Multipotence : peut se différencier en de multiples types cellulaires spécialisés,
mais pas tous, restreint à un type cellulaire, role de régénèrer ex : les CS
tissulaires
III. Hétérogénéité des cellules souches (CS)
A. Les cellules souches embryonnaires (CSE)
Il en existe 2 sortes :
 les cellules ES
 les cellules somatiques « repogrammées » (induced pluripotent stem cell)
1. Les cellules ES
 Dérivées du blastocyste en culture
 capable de produire tous les types cellulaires du fœtus
lorsqu’elle est replacée dans le blastocyste
 Autorenouvellement illimité dans les bonnes conditions
de culture
 Peuvent se différencier in vitro dans tous les types
cellulaires
Elles sont dérivées des blastocystes en culture par transfert nucléaire d’une cellule
somatique dans un œuf énuclée.
Dérivation des cellules souches embryonnaires : De J0 à J5, il y a des divisions
cellulaires. A J5, il y formation d’une masse interne appelé le blastocyste. Si on met
en culture ce blastocyste avec un soutien de cellules de fibroblastes, on peut
entretenir une lignée de cellules souches embryonnaires (ces cellules poussent sous
forme de colonies sur des cellules de soutien qui sont des fibroblastes).
Les cellules ES elles sont différenciées, on peut les isoler de façon précoce, et
les mettre à cultiver, dans un environnement favorable. Elles se peuvent donner
différents tissus. Si on les modifie, on peut les réintroduire dans le blastocyste et qui
aura les caractéristiques de la cellule prélevée. Elles ont un intérêt fondamental en
recherche.
Critères pour caractériser le caractère de cellule souche :
Auto renouvellement
 Potentiel de renouvellement illimité in vitro
 Expression de facteurs de transcription caractérisant la cellule souche
Pluripotence in vitro
 Formation de tératomes dans la souris immunocompétente (potentiel tumoral)

M1 UE CANCERO Groupe
Cours du 23/09/11 de 16h à 17h KUNTZ Salomé & LACAN Laure
C11 L. Mauvieux
Page 3 sur 14
Les lignées de cellules ES sont fabriquées à partir de la masse cellulaire interne du
blastocyste.
1 In vitro, les cellules ES sont capables de s’autorenouveler indéfiniment.
Chez la souris, cet autorenouvellement est sous le contrôle du LIF (leukemia
inhibitory factor).
2 In vitro, les cellules ES sont capables de se différencier en cellules des trois
feuillets primitifs, ectoderme, mésoderme et endoderme.
3 Ces cellules précurseurs sont ensuite capables de se différencier en cellules
matures fonctionnelles comme des neurones, des cardiomyocytes ou des cellules β
pancréatiques.
4 Les cellules ES peuvent être modifiées génétiquement.
5 Une seule cellule ainsi modifiée peut être ensuite implantée dans un blastocyste
receveur où elle va poursuivre son programme de différenciation (6) et contribuer à
la formation de tous les lignages constituant l’organisme adulte. On constitue donc
un produit chimérique. Et on peut ainsi sélectionner les caractères à transmettre
dans les lignées germinales, on aboutit ainsi à une souris transgénique.
7 La greffe de cellules ES dans une souris adulte produit un tératocarcinome (8)
composé de cellules souches embryonnaires pluripotentes et de cellules
différenciées représentant les trois feuillets embryonnaires, ectoderme, mésoderme
et endoderme.
Donc, la principale caractéristique des cellules ES est de se différencier en
ectoderme, mésoderme, et endoderme. C’est une notion très importante dans la
thérapie cellulaire.

M1 UE CANCERO Groupe
Cours du 23/09/11 de 16h à 17h KUNTZ Salomé & LACAN Laure
C11 L. Mauvieux
Page 4 sur 14
Cependant, il peut se former des tératomes : C’est une tumeur hétérogène
composée de cellules issues des 3 feuillets embryonnaire : ectoderme (peau, poils,
dents, ...), mésoderme (os, cartilage, muscle, ...), endoderme (épithélium gastro-
intestinal, bronchique, ...). Ce sont des structures tumorales qui contiennent
différents types cellulaires.
On peut mettre en évidence la PLURIPOTENCE des cellules ES in vitro : ces
cellules sont très maniables : selon le milieu on obtiendra telle ou telle lignée de
2. Les cellules souches « reprogrammées » ou IPS les cellules
somatiques « reprogrammées » ou IPS
On réalise une expérience (Yamakanha) pour comprendre s’il y a des facteurs
de transcription qui amènent des cellules différenciées à des cellules immatures. On
part du postulat suivant : si toutes les cellules viennent d’une cellule souche, le
matériel reste le même théoriquement. Il n’y a pas de modification irréversible. Donc
en partant d’une cellule on pourrait être capable de revenir à une cellule souche.
Ces cellules souches (CS) ont sans doute subit des modifications
chromatiniennes, du noyau, qui permettent de sélectionner certains gènes amenant
à la différenciation. On pourrait alors reprogrammer des cellules matures pour revenir
cellules souches. C’est une idée simple : prendre un gène exprimé par la cellule
souche sur lequel on ajoute un marqueur résistant à la néomycine. Quand celui-ci
est exprimé, la cellule se trouve donc résistante à la néomycine. Ces CS modifiées
vont générer des cellules transgéniques avec le marqueur. On prélève donc des
fibroblastes et pour savoir si on peut reprogrammer la cellule, on les sélectionne à la
néomycine : il ne reste que des cellules avec les caractéristiques des cellules

M1 UE CANCERO Groupe
Cours du 23/09/11 de 16h à 17h KUNTZ Salomé & LACAN Laure
C11 L. Mauvieux
Page 5 sur 14
souches.
Ainsi, plus en détails : FBX15 n’est exprimé que dans les cellules souches, on lui
ajoute un gène de résistance à la néomycine. On prend les cellules souches
embryonnaires recombinantes qui portent FBX15 avec des gènes de résistance à la
néomycine et on en prend des fibroblastes. Dans les cellules souches
embryonnaires, on a des gènes exprimés qui sont responsable de la différenciation.
Donc on prend certains facteurs de croissance comme CMYC, OCT4, KLF4, SOX2
avec un fibroblaste, on la reprogramme pour obtenir une cellule souche
embryonnaire. Ces cellules expriment des facteurs de transcription et expriment des
marqueurs de cellules souches embryonnaires (qui sont capable de faire des
tératomes et de se différencier in vitro). Ainsi il suffirait de faire exprimer à la cellule
4 gènes pour avoir des cellules ayant des propriétés similaires aux CS : les gènes
concernés sont des oncogènes ou encore des gènes impliqués dans le
développement.
4 gènes sont nécessaires pour
obtenir des cellules iPS :
OCT4/KLF4/CMYC/SOX2
Dans cette expérience, les chercheurs n’ont pas réussi à reconstituer des souris.
En 2007, des chercheurs ont fait à peu près les mêmes manipulations et ont conclu
qu’il existe des risques de tumeurs importants chez la souris.
En novembre 2007, ces manipulations on été réalisés chez l’homme. A partir de
fibroblastes, on a fait des iPS. On peut faire pousser ces cellules iPS et on peut les
obtenir à partir de cellules différenciées. Ceci permet de dire qu’il est possible de
faire des cellules souches embryonnaires chez l’homme lors de pathologies qui le
nécessitent.