cellule - Université de Limoges

Séminaire de la Pluridisciplinarité –Ecole Doctorale Science Technologie Santé
La culture de cellules animales :
Un modèle indispensable à la compréhension des processus biologiques
La plupart des types cellulaires et des tissus existant dans un organisme animal peuvent aujourd’hui être cultivés in vitro,
permettant une manipulation à façon, tout en s’affranchissant des règles de bioéthique liées à l’expérimentation animale. Il est ainsi possible de
cultiver des cellules musculaires qui vont modéliser les premières étapes de la formation du muscle.
Aymeric AUDFRAY, Abderrahman MAFTAH, Agnès GERMOT
INRA, UMR 1061 Unité de Génétique Moléculaire Animale, Université de Limoges
Les mécanismes moléculaires
et cellulaires qui orchestrent la myogenèse
sont encore méconnus. Leur
compréhension revêt un fort intérêt médical
(traitement des myopathies) et
agroalimentaire (amélioration des qualités
organoleptiques de la viande).
Les équipes de recherche s’appuient aujourd’hui sur des modèles cellulaires capables de mimer, in vitro, certaines étapes de la myogenèse.
Les données présentées ici démontrent la validité d’un modèle murin (lignée C2C12)en comparant ses caractéristiques avec celles des
cellules chez la souris, selon 3 niveaux d’analyse :l’expression des gènes (ARNm), la quantité de protéines et la morphologie des cellules.
1- Les ARNm sont les intermédiaires entre les gènes (information) et les protéines (activité
biologique); ils sont les premiers éléments mesurables d’un changement au sein d’une cellule
Expression spatiale du gène
Myogenin (en bleu) dans
l’embryon de souris (2]
[1]: Duprey and Lesens, Int. J. Dev. Biol., 1994 [2]: Kassar-Duchossoy et al., Nature, 2004 [3]: Shinin et al., Nature Cell Biol., 2006 [4]: Galli et al., Nature Neurosci., 2000
Myofibre extraite d’un muscle (en
bleu les noyaux et en vert la fibre) [3]
La myogenèse est un processus complexe
qui aboutit à la formation des muscles, constitués de
fibres contractiles. Cette transformation se produit à
partir de cellules souches embryonnaires qui vont
migrer, se multiplier, se différencier puis fusionner au
cours du développement de l’embryon mais aussi
après sa naissance. En cas de traumatisme
musculaire chez l’adulte, des cellules de réserve du
muscle permettent sa régénération.
Jours 8 8,5 9 9,5 10,5 11,5 12,5 14,5 15,5
Myf5 + + + ++ ++ ++ ++/- -
Myogénine - + ++ +++ +++ +++ +++ +++ +++
Expression temporelle des gènes Myf5 et Myogenin [1]
0,1
1
10
100
1000
10000
0
0,5
1
2
3
5
8
15
Quantité d'ARNm
Jours de différenciation
Myf5
Myogénine
Desmine
Myosine
0j 3j 5j 15j
Expression temporelle des gènes Myf5 et Myogenin
Marquage des protéines Myosine et
Desmine dans le muscle du dos de
l’embryon de souris [2]
2- Chaque cellule est constituée de milliers de protéines. Elles assurent sa structure, son
fonctionnement et la mise œuvre du rôle des cellules dans l’organisme
Différenciation
3- La cellule est l’unité de base des êtres vivants. Il existe 200 types cellulaires différents chez un être humain
Desmine
Myosine
RC Mt
En plus d’apporter de précieuses informations sur le déroulement de la myogenèse, les cultures de cellules permettent d’envisager leur
utilisation dans le traitement des maladies entrainant un défaut dans la musculature squelettique. La thérapie cellulaire qui consiste à cultiver
des cellules et à les réimplanter dans un organisme pour réparer le tissu malade représente le meilleur espoir de traitement des myopathies.
L’idée est d’injecter dans la circulation sanguine des cellules non différenciées (type cellules satellites), qui gagneront le muscle malade, s’y
implanteront pour se multiplier puis se différencier et ainsi réparer les fibres détériorées.
Oeuf Blastocyste
Cellule nerveuse
Cellule musculaire
Globule rouge
Cellule osseuse
Cellule pancréatique
Cellules totipotentes
Peuvent donner naissance à
un organisme entier.
Cellules pluripotentes
Peuvent se multiplier et
donner tout type cellulaire.
Cellules multipotentes
Spécialisées dans un genre
tissulaire (endo, meso ou
ectoderme).
Cellules unipotentes
Ne peuvent plus donner
qu’un type de cellules.
Cellules spécialisées
Matures et différenciées.
Tissu
Composé du même
type cellulaire.
Les fibres musculaires portent des cellules non différenciées servant à la régénération des
fibres endommagées
, On parle in vivo de cellules satellites et in vitro de cellules de réserve (RC)
Elles sont capables de se différencier en myofibres ou myotubes (Mt)
Les cellules musculaires sont capables après leur différenciation de fusionner afin de
donner des cellules de grande taille, allongées et contenant plusieurs noyaux: on dit
qu’elles sont multinucléées
On parle in vivo de myofibres et in vitro de myotubes
La Myosine et la Desmine sont des protéines essentielles et spécifiques du muscle [2].
Leur quantité augmente avec l’apparition des fibres musculaires
L’expression des gènes Myf5 et Myogenin (codant des
facteurs de transcription spécifiques du muscle, présentés ici
à titre d’exemple) varie de façon identique in vivo et in vitro
In vivo In vitro
Evolution de la quantité des protéines
au cours de la différenciation
Culture de cellules musculaires
Zoom sur un myotube mature
La flèche pointe une cellule satellite.
En vert, les noyaux de la myofibre [4] La quantité de certaines protéines
est différente dans les RC et les Mt
4- Les tissus sont constitués de plusieurs types cellulaires