Cellules souches pluripotente

1. Définition et différents types

Les CS pluripotentes peuvent conduire, par différenciation, à l’ensemble des tissus qui

constituent un organisme et qui sont issus des trois feuillets embryonnaires (endoderme,

mésoderme et ectoderme). Ces cellules ne permettent pas de conduire aux annexes

embryonnaires (ne peuvent pas reproduire un être humain entier). La principale source de ces

cellules est l’embryon de cinq à sept jours. Elles correspondent, en réalité, aux cellules de la

masse interne. Pour ces raisons, ces cellules souches sont souvent appelées cellules souches

embryonnaires. Il existe deux sources de CS pluripotentes humaines physiologiques : les

cellules souches embryonnaires (CSE) (Thomson 1998; Klimanskaya 2006; Zhang 2006) et

les cellules germinales embryonnaires (Shamblott 1998).

2. Les cellules souches embryonnaires humaines

A l’état indifférencié ces cellules sont théoriquement dotées d’une capacité

d’auto-renouvellement illimité. La dérivation de CSE murines a été décrite par deux groupes en 1981

(Evans 1981; Martin 1981) et ce n’est qu’en 1998 que, pour la première fois, l’équipe de J.

Thomson réussit à isoler, à multiplier et à maintenir en culture à l’état indifférencié des CSEh

(Thomson 1998). L’établissement de lignées de CSEh est désormais réalisé de nombreux

croissant de laboratoires à travers le monde. Elles sont dérivées des cellules de la masse

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caryotype normal et leur pluripotence après plus de 300 passages (Odorico 2001; Reyftmann

2004), et ont montré une aptitude à se différencier en de multiple types cellulaires (Schuldiner

2000; Odorico 2001), notamment musculaire (Rohwedel 1994), chondrogénique (Kramer

2000), endothélial (James 2010) ou cardomyocytaire, neuronales, hepatocytaires et cellules

pancréatiques (Carpenter 2003; D'Amour 2006; Roy 2006; Levenberg 2007; Lu 2007;

Blancas 2008; Nury 2009) (Tableau I).

Les cellules souches embryonnaires présentent donc un intérêt en médecine

régénératrice et notamment dans le traitement des pathologies cardiaques, neuronales,

hépatiques, sanguines et du diabète de type I. cependant l’utilisation expérimentale et le

transfert en clinique de ces cellules posent plusieurs problèmes (Puceat 2008). Le premier

d’ordre éthique, est celui de l’utilisation d’embryons humains dans la recherche expérimentale

(McLaren 2001). Le deuxième, lié à leur fort pouvoir mitogène et tumorigène ce qui en limite

aujourd’hui l’utilisation clinique (Yamamoto 2006).

Tableau I : Exemple de voies de différenciation explorées à l’aide des cellules souches

embryonnaire humaines.

Feuillet Type cellulaire Références

Ectoderme

Progéniteurs rétiniens (Idelson 2009; Meyer 2009)

Neurones (Dhara 2008; Valensi-Kurtz 2010)

Astrocytes (Lee 2006; Hu 2009)

Oligodendrocytes (Hu 2009)

Motoneurones (Hu 2009; Wada 2009)

Kératinocytes (Guenou 2009)

Mésoderme

Cellules hématopoïétiques (Kaufman 2009)

Cellules endotheliales (James 2010)

Cellules mésenchymateuses _{2007; Mateizel 2008; Mahmood 2010)} ^{(Barberi 2005; Olivier 2006; Barberi}

Adipocytes (Taura and Noguchi 2009)

Chondrocytes (Bigdeli 2009; Toh 2010)

Ostéocytes ^{(Bielby 2004; Karner 2007; Tremoleda} ₂₀₀₈₎

Cardiomyocytes (Vidarsson 2010)

Muscle lisse (Kurpinski 2010)

Muscle squelettique ^{(Chan 2006; Barberi 2007; Stavropoulos} ₂₀₀₉₎

Endoderme ^{Hépatocytes (Soderdahl 2007; Agarwal 2008; Hay} 2008; Brolen 2010)

Cellules pancréatiques β (Trounson 2006; Van Hoof 2009)

Extra-embryonnaire

Cellules trophoblastiques ^{(Xu 2002; Gerami-Naini 2004; Pera} ₂₀₀₄₎

Cellules de l’endoderme

primitif ^{(Ek 2007; Soderdahl 2007)}

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3. Les cellules souches pluripotentes induites: les iPS

La reprogrammation des cellules somatiques représente un moyen intéressant pour

obtenir des cellules souches pluripotentes. En 2006, la mise au point des premières cellules

iPS (inducedpluripotent stem cells, iPSCs) par l’équipe Shinya Yamanaka a été effectuée. Ils

ont pu obtenir des iPS à partir de la peau, du cœur, des cellules neuronales. Les iPSCs ont

marqué un tournant dans la recherche relative aux CS pluripotentes. Ces cellules ont été

obtenues par reprogrammation de cellules somatiques suite à la surexpression, par

transduction virale, de 4 facteurs de transcription essentiels à l’état d’indifférenciation et de

pluripotence : Oct3/4 (Pou5f1), Klf4, Sox2 et c-Myc (Takahashi 2006; Yu 2007). Les iPS

possèdent une forte capacité de prolifération et de différenciation similaire à ceux des CSE

(Itoh 2011).

Un an plus tard, la génération d’iPSCs à partir de cellules humaines a été décrite par

les équipes de S. Yamanaka et de J. Thomson (Takahashi 2007; Yu 2007). Depuis, les travaux

sur ces cellules se sont considérablement développés. En effet, les iPSCs ouvrent des

perspectives immenses et, a priori, plus vastes que les CSEh dans le domaine de la

thérapeutique :

 dans le domaine de la thérapie cellulaire, en offrant la possibilité de générer des CS à

partir de n’importe quelles cellules de patient tout en s’affranchissant des

considérations éthiques liées à la recherche sur l’embryon et à l’utilisation de cellules

qui en sont issues

 dans le domaine de la modélisation pathologique où les iPSCs permettraient de

modéliser toutes les maladies, sans restriction.

Deux théories, les modèles stochastiques et de l’élite, ont été proposées concernant le

mécanisme de génération de cellules iPS. Le modèle d’élite propose que la génération de

cellules iPS ne se produit qu’à partir d’un sous-ensemble de cellules (Yamanaka 2009).

D’autre part, le modèle stochastique prétend que chaque type de cellule a le potentiel pour

être reprogrammé pour devenir une cellule iPS en introduisant des facteurs tels que Oct3/4

(Pou5f1), Sox2, Klf4, c-Myc, Nanog et Lin28 (Takahashi 2007). Ce modèle est aujourd’hui

largement accepté.

En fait la quantité, l’équilibre, la continuité et la répression de l’expression des quatre

premiers facteurs affectent sur la reprogrammation des iPS. Klf4 est exprimé dans les

fibroblastes, mais son expression endogène n’est pas suffisante pour la production de ces

cellules. Le c-Myc est également exprimé dans les fibroblastes, mais son expression ectopique

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améliore considérablement l’efficacité de la production des iPS (Nakagawa 2008; Wernig

2008). L’induction des iPS peuvent aussi dépendre de l’équilibre stœchiométrique de ces

quatre facteurs. Par exemple, l’excès Oct3/4 (Niwa 2000) et Sox2 (Kopp 2008) seraient

préjudiciables au maintien de la pluripotence. En fait, dans les cellules souches neurales qui

expriment le gène endogène Sox2, l’efficacité de la production des iPS est plus élevée avec

l’expression ectopique de trois facteurs dépourvus de Sox2 qu’avec la combinaison des quatre

facteurs (Eminli 2008). L’équilibre entre c-Myc et Klf4 peut aussi être cruciale pour prévenir

l’apoptose et la sénescence causées par la surexpression de ces gènes liée à la tumeur

(Rowland 2006). Intéressant de noter que les iPS dérivées des cellules humaines normales et

de souris montrent une élongation progressive des télomères au cours des passages en culture,

ce qui indique que l’élongation des télomères peut se produire après la programmation

(Marion 2009; Mathew 2010; Yehezkel 2011).

A l’heure actuelle, des efforts particuliers sont portés sur l’optimisation des protocoles

d’obtention des iPSCs, afin de n’induire qu’une expression transitoire des gènes de

reprogrammation et de réduire au maximum les perturbations génétiques et épigénétiques,

ainsi que sur la caractérisation des cellules reprogrammées.

En 2012, le prix Nobel en médecine reconnaît deux scientifics, John B. Gurdon et

Shinya Yamanaka, qui ont découvert que les cellules souches adultes ou spécialisées peuvent

être reprogrammées pour devenir des cellules immatures capable de se developper dans tous

le corps humain.

Dans le document Caractérisation des cellules souches mésenchymateuses du sang placentaire et de la gelée de Wharton (Page 33-36)