Biologie cellulaire 20 janvier 2005 GARCIA David

Biologie cellulaire
Différenciation cellulaire
Compléments du 1er cours
20 janvier 2005
GARCIA David
GOUBIN Louis
DEVELOPPEMENT ET DIFFERENCIATION CELLULAIRE
Quantitativement : la fusion de deux gamètes aboutit à une cellule œuf diploïde. Celle-ci et les
clones cellulaires qu’elle donne présentent une importante activité mitotique.
A l’état d’organisme embryonnaire (plusieurs milliards de cellules), la prolifération cellulaire est
toujours très intense. Puis ce phénomène diminue en intensité au cours du développement de
l’individu : fœtus, nouveau-né,…, adulte (chez qui bien sûr ces processus persistent, mais de
manière restreinte).
Qualitativement : très vite s’individualisent des cellules avec des caractéristiques
morphologiques et fonctionnelles différentes (en 15 jours déjà on observe des vaisseaux, des
structures épithéliales, mésenchymateuses). Se mettent donc en place des centaines de types
cellulaires différents par leur morphologie, leur rôle (une complémentarité des fonctions
s’installe dans l’organisme) et leur situation anatomique.
Cette différenciation cellulaire repose sur une expression génique différente d’un type
cellulaire à un autre. Toutes les cellules d’un individu possèdent le même génome, avec environ
25000 gènes, dont seulement près de 10% sont exploités (et 90% réprimés, donc). Le
transcriptome est le reflet de ces expressions géniques. Sa traduction permet la synthèse d’un
ensemble spécifique de protéines : c’est le protéome.
Remarques sur le protéome :
- les
protéines enzymatiques font que certains types cellulaires synthétisent des molécules (non
protéiques) que d’autres types ne peuvent pas synthétiser. Certaines voies métaboliques sont
communes, d’autres sont spécifiques.
- les protéines récepteurs font que un type cellulaire donné répond à certains signaux
moléculaires, et pas à d’autres. Chaque cellule est donc spécifiquement sensible à son
environnement.
Exemples de signaux extérieurs : cytokines, hormones…
PROLIFERATION ET DIFFERENCIATION DANS LES TISSUS ADULTES :
REGENERATION TISSULAIRE PHYSIOLOGIQUE ET DIFFERENCIATION
TERMINALE
Remarque sur l’homéostasie tissulaire : des mécanismes de régulation très précis sont mis en jeu
pour permettre de remplacer dans un tissu une cellule qui meurt par une cellule-fille issue d’une
mitose.
Régénération et différenciation terminale des entérocytes
Une des cellules filles issues de la mitose de la cellule pyramidale (qui est la cellule de réserve)
va modifier son transcriptome et son protéome, par des phénomènes de
« verrouillage/déverrouillage des gènes » pour se transformer en un autre type cellulaire, qui est
l’entérocyte fonctionnel. Il s’agit donc du même processus génique que celui qui se déroule au
sein de l’embryon, mais comme ici le tissu est adulte on parle de différenciation terminale. Elle
permet la régénération tissulaire adulte.
Les cellules de réserve (à la base de la villosité) sont des cellules souches déterminées de manière
irréversible dans la voie entérocytaire depuis le stade embryonnaire.
Un entérocyte fonctionnel vit pendant une semaine, après quoi il est exfolié et remplacé par une
nouvelle cellule.
Régénération et différenciation terminale des kératinocytes épidermiques
Dans le cas des kératinocytes épidermiques, la cellule souche est le kératinocyte basal ou
germinatif (comme pour la cellule pyramidale elle est engagée dès l’embryogénèse dans une voie
spécifique, ici épidermique).
La différence remarquable avec la voie entérocytaire réside dans le fait que le processus de
différenciation terminale se produit par étapes. Le programme d’expression génique différentiel
est parallèle à une ascension cellulaire qui voit donc les kératinocytes acquérir des
caractéristiques morphologiques et fonctionnelles différentes, et on peut isoler alors plusieurs
types cellulaires selon le compartiment de l’épiderme, jusqu’à la surface où la différenciation
aboutit au cornéocyte.
En outre le kératinocyte épineux possède principalement des différences de taille et de forme par
rapport au kératinocyte basal qui le donne par mitose (10 fois son volume, cytoplasme développé
et riche en cytokératines, polyédrique au lieu de cubique).
Le kératinocyte épineux se modifie en suite en kératinocyte granuleux, dont les nouvelles
caractéristiques sont morphologiques et surtout fonctionnelles (granules de kératohyaline,
vésicules de sécrétion).
Régénération et différenciation terminale des kératinocytes des épithéliums malpighiens
non cornifiés
Ils sont présents dans le tube digestif, et ressemblent aux kératinocytes épidermiques (même
morphologie), alors que leur rôle est différent.
Au sein du tissu ils sont soumis à un certain nombre de signaux moléculaires qui vont les inciter
à proliférer, selon les lois de l’homéostasie tissulaire. Ces signaux sont donc des régulateurs de
cette homéostasie. Il existe alors (selon la localisation de l’épithélium) plusieurs programmes
d’expression génique différentiels, représentés entre autres par les cytokératines synthétisées par
la cellule : cf dessin.
On peut assister aussi à des phénomènes d’hyperprolifération, avec une paire de cytokératines
commune à tous les épithéliums (6,16). Les kératinocytes sont alors soumis à une signalisation
importante à des facteurs particuliers, qui font que les règles de l’homéostasie ne sont plus
respectées. L ‘hyperprolifération a lieu physiologiquement dans les processus de cicatrisation, et
également lors de cas pathologiques.