cellule - Université de Limoges
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Séminaire de la Pluridisciplinarité – Ecole Doctorale Science Technologie Santé La culture de cellules animales : Un modèle indispensable à la compréhension des processus biologiques Aymeric AUDFRAY, Abderrahman MAFTAH, Agnès GERMOT INRA, UMR 1061 Unité de Génétique Moléculaire Animale, Université de Limoges 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. 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. Cellules totipotentes Peuvent donner naissance à un organisme entier. Cellules unipotentes Ne peuvent plus donner qu’un type de cellules. Cellules pluripotentes Peuvent se multiplier et donner tout type cellulaire. Cellule nerveuse Cellule Oeuf Tissu Composé du même type cellulaire. musculaire Globule rouge Blastocyste Cellule osseuse Cellules multipotentes Spécialisées dans un genre tissulaire (endo, meso ou ectoderme). Cellule pancréatique 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). Cellules spécialisées Matures et différenciées. 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. In vivo In vitro Jours Myf5 Myogénine 8 + - 8,5 + + 9 + ++ 9,5 ++ +++ 10,5 ++ +++ 11,5 ++ +++ 12,5 + +++ 14,5 +/+++ 15,5 +++ Expression temporelle des gènes Myf5 et Myogenin [1] Expression spatiale du gène Myogenin (en bleu) dans l’embryon de souris (2] Quantité d'ARNm 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 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 10000 1000 100 10 1 0,1 0 0,5 1 2 3 Jours de différenciation Myf5 5 8 15 Myogénine Expression temporelle des gènes Myf5 et Myogenin 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 Desmine Marquage des protéines Myosine et Desmine dans le muscle du dos de l’embryon de souris [2] La Myosine et la Desmine sont des protéines essentielles et spécifiques du muscle [2]. Leur quantité augmente avec l’apparition des fibres musculaires 0j 3j 5j 15j Myosine Evolution de la quantité des protéines au cours de la différenciation 3- La cellule est l’unité de base des êtres vivants. Il existe 200 types cellulaires différents chez un être humain 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 Myofibre extraite d’un muscle (en Différenciation Culture de cellules musculaires Zoom sur un myotube mature bleu les noyaux et en vert la fibre) [3] 4- Les tissus sont constitués de plusieurs types cellulaires RC 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) La flèche pointe une cellule satellite. En vert, les noyaux de la myofibre [4] Mt Desmine Myosine La quantité de certaines protéines est différente dans les RC et les 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. [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
