Pour déterminer l’impact du diabète sur la différenciation des CSMs dans différentes lignées, les cellules ont été cultivées dans de milieu de culture contenant de facteurs spécifiques et caractérisés par l’expression des marqueurs spécifiques pour chacune d’entre elles.
En particulier le potentiel des CSMs à se différencier en ostéoblastes dans un environnement diabétique a été étudié par de nombreuses équipes. Dans le cas de diabète de type 1 chez la souris (animaux ayant subis un traitement a la steptozotocine) il a été décrit une modification des CSMs vers l’adipogénèse plutôt que l’ostéogenèse (Botolin and McCabe, 2007) le nombre d’ostéoblastes aussi bien que les niveaux de runx2 et d’ALP sont restés inchangés Le RT-qPCR sur des extraits de l’ARN au niveau de tibias a montré une augmentation de différents marqueurs adipogéniques (PPARG, resistin et l’aP2), associés avec une augmentation de l’adiposité de la moelle osseuse. En contraste, l’osteocalcine (un marqueur tardif de la différenciation
65 oseoblastique) était diminuée. Chez le rat diabétique de type 1 des CSMs non différenciés se caractérisent par une expression d’Alp, de Runx2, de Col1a1, d’ostéopontine, d’ostéocalcine et d’ ostéoprotegerine réduite et une minéralisation de la matrice extracellulaire plus faible (Silva et al., 2015). Dans ce modèle de diabète de type 1 les gènes liés à la différenciation adipogénique (Pparg, Irs1 and Irs2) étaient surexprimés toujours chez les CSMs non différenciées.
Pour ce qui est du diabète de type 2, une densité et une formation osseuse réduite a été rapporté chez le rat zucker diabetic fatty rats (ZDF) (Hamann et al., 2011). Ces équipes ont montré que les bases cellulaires de ces anormalités sont une osteoblastogénèse imparfaite. Plus précisément Hamann et al, ont montré que chez les ZDF-CSMs cultivées dans un milieu contenant des facteurs de différenciation, l’activité de la phosphatase alcaline était réduite de 20% s après 14 jours et la minéralisation de la matrice était diminuait de de 55% après 21 jours de culture. De plus, l’expression de gènes spécifiques aux ostéoblastes tel que Runx2, la bone morphogenic protein 2 (BMP-2), l’osteopontine, et l’osteocalcine était aussi réduite néanmoins dans cette étude le potentiel adipogénique des CSMs n’a pas été exploré.
Le potentiel adipogénique des CSMs a été étudié chez un autre modèle du diabète expérimental de type 2, les rats WNIN/GR-Ob (des mutants qui développe un diabète de type 2 avec une résistance à l’insuline). Les CSMs issues de rats WNIN/GR-Ob cultivées dans un milieu adipogénique développent de façon significative plus de gouttelettes lipidiques que les rats non diabétiques (Madhira et al., 2012). De plus, chez ces cellules des cytokines inflammatoires telles que l’IL6, le TNF-α ainsi que « l’endoplasmic reticulum stress protein RL-77 » sont surexprimés. Ces altérations indiquent que les CSMs modifiées par un diabète de type 2 s’engagent vers une voie adipogénique plutôt qu’ostéogénique. Peu des données existent sur d’autres types de CSMs. Une récente étude rapporte néanmoins que les CSMs issues du cordon ombilical des femmes enceintes diabétiques ont un potentiel de différenciation ostéogénique et adipogénique diminué comparé aux CSM diabétiques (Kim et al., 2015).
Ces données mettent en évidence un potentiel ostéogénique diminué pour les cellules d'origine diabétiques avec une capacité à la différenciation adipogénique supérieure dans bien des cas. Néanmoins les études restent éparses quant à multipotentialité et les voies de signalisations impliquées et ceci en particulier pour le diabète de type 2.
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1. Impact du diabète sur la viabilité des CSMs
Dans le cas du diabète expérimental de type 1 chez le rat (modèle des animaux traité à la streptozotocine) les CSMs cultivées dans un milieu normoglycémique ont un potentiel de prolifération diminué (Stolzing et al., 2010). Leur nombre est elles montrent une augmentation de leurs tailles et une réduction de leur nombre comparé aux animaux non diabétiques. Ces altérations sont associées avec une augmentation de l'expression de p21 et p53, qui sont des marqueurs de sénescence impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire. De plus, dans ces cellules la production de ROS et l'apoptose sont augmentées de même, chez des CSMs de rat diabétiques de type 1, il a été également décrit une augmentation de l'apoptose et une diminution de la prolifération et de l'activité métabolique (Silva et al., 2015). Par ailleurs, chez la souris diabétique de type 1, il a été aussi rapporté une augmentation de l’apoptose, une réduction de leur nombre et de leur taux prolifération comparée à celles de cellules issues des animaux non
diabétiques (Ko et al., 2015). Ces altérations ont été corrélées à une expression élevée de TNF-α,
et suggèrent l’implication du processus inflammatoire. Cette observation pourrait offrir de nouvelle perspective pour le traitement du diabète, en réduisant l'inflammation pour optimiser le potentiel des CSMs.
Une étude récente dans le cadre du diabète gestationnel, sur les capacités de la prolifération et la viabilité de CSMs de cordon humain a montré que les cellules issues de mères diabétique ont un plus faible taux de prolifération, une augmentation du temps de doublement, une viabilité réduite et une apoptose plus importante. (Wajid et al., 2014). De façon intéressante, comparées aux cellules d’origine non diabétique, ces cellules ont une utilisation du glucose réduite et un potentiel angiogénique augmenté avec surexpression du VEGFA. D’après ces données, le diabète de type 1 réduirait la viabilité et la prolifération de CSMs ce qui pourrait avoir des conséquences sur la physiopathologie osseuse, entrainant une réduction de la formation osseuse et une ostéoporose. De même, le diabète gestationnel semble avoir un effet direct sur les CSMs. Néanmoins, peu de connaissances existent au regard des voies de signalisation impliquées dans ce phénomène et surtout sur l’impact du diabète de type 2 sur ces cellules.