Les cellules osseuses

2. Les cellules osseuses

Le tissu osseux contient 4 types de cellules osseuses.

Les cellules bordantes, les ostéoblastes et les ostéocytes sont les cellules ostéoformatrices. Les ostéoclastes sont ostéo-résorbants.

Les ostéoblastes, les ostéoclastes et les cellules bordantes de l’os se trouvent à la surface des plages de tissu osseux, alors que les ostéocytes sont situés à l’intérieur de la matrice osseuse.

Figure 13: Les quatre types de cellules dans l'os. [22] 2.1. Les ostéoclastes

 Morphologie [23,24]

L'ostéoclaste différencié est une cellule volumineuse multi nucléée, pouvant atteindre 100 µm de diamètre. Il renferme 10 à 15 noyaux disposés en périphérie de la cellule, chacun étant associé à un appareil de Golgi.

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Le cytoplasme renferme de nombreuses mitochondries, un réticulum granulaire et des vacuoles de tailles variables. A proximité de la bordure, il est riche en lysosomes qui contiennent de grandes quantités de phosphatase acide tartrique résistante.

La morphologie des ostéoclastes se caractérise par une bordure en brosse formée par des extensions "en doigts" de la membrane cytoplasmique. La fonction de la bordure en brosse est la destruction de l’os.

Figure 14: L'ostéoclaste dans le tissu osseux. [22]  Origine [18, 25, 26,27]

Les précurseurs des ostéoclastes sont des cellules souches hématopoïétiques de la lignée monocyte/macrophage avec le CFU-GM comme premier précurseur identifié. La différenciation des précurseurs en ostéoclastes est initiée puis reste sous le contrôle des cellules ostéoblastiques.

Les ostéoblastes, sous l’action de PTH et Vitamine D vont secréter du M-CSF. Le M-CSF va stimuler la différentiation et la prolifération des ostéoclastes.

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Cette différentiation sera complétée par des contacts de cellule à cellule (ostéoblaste/ostéoclaste) grâce au système Rank Ligand.

D’autres facteurs interviennent sur la différenciation des ostéoclastes : des cytokines, des hormones systémiques ou des facteurs de croissance. Les pré-ostéoclastes fusionnent pour donner les ostéoclastes qui parviennent sur le site du remodelage osseux par la circulation.

Figure 15: La lignée ostéoclastique. [27]

 Mode d’action [28,29]

L’ostéoclaste possède un équipement enzymatique important qui permet l'acidification et la dissolution de la phase minérale de la matrice osseuse ; des ions H+ sont produits par une anhydrase carbonique intra-cytoplasmique et excrétés dans la chambre de résorption par une pompe à protons. Parallèlement des enzymes lysosomales sont sécrétées (phosphatases acides, cathepsine K, métallo-protéases) qui assurent la dissolution de la phase organique de la matrice osseuse, aboutissant à une lacune de résorption.

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Figure 16: Mode d'action de l’ostéoclaste. [28]

Figure 17: Microscopie électronique à balayage ; ostéoclaste en culture sur une tranche d'os. [25]

Lacune de résorption

27 2.2. Les ostéoblastes

Ces cellules mononuclées, disposées en couches monocellulaires sur les surfaces osseuses, ont pour fonction d'élaborer un os nouveau après l'action des ostéoclastes. Il faut 100 à 1000 ostéoblastes pour reconstituer le volume d'os résorbé par un ostéoclaste. [25, 30,31]

 Morphologie

Leur corps cellulaire, polyédrique, porte de nombreuses expansions cytoplasmiques. Le cytoplasme, très basophile, renferme un réticulum endoplasmique granulaire développé et de nombreux ribosomes libres. L'appareil de Golgi est volumineux. Les mitochondries sont nombreuses. Elles stockent le calcium et les phosphates, et renferment, dans leur compartiment interne, des granules denses de phosphate tricalcique Ca3(P04)2. [25, 30]

Figure 18: L'ostéoblaste dans le tissu osseux. [22]  Origine

Les précurseurs ostéoblastiques proviennent de la prolifération de clones de cellules pluripotentes qui peuvent se différencier, en adipocytes, en chondrocytes ou en myoblastes, selon l’expression de facteurs de transcription spécifiques. [31]

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L’ostéogénèse débute par la prolifération des cellules ostéoprogénitrices. Après arrêt de la multiplication cellulaire, la différenciation en ostéoblastes est conduite par des processus complexes orchestrés par des interactions entre cellules, entre cellules et matrice, et par des facteurs hormonaux ou locaux. Les pré-ostéoblastes parviennent à la matrice osseuse par migration. [31]

Tout au long de leur maturation, les ostéoblastes expriment progressivement les gênes de la cellule fonctionnelle différenciée. [31]

Figure 19: Processus de différentiation ostéoblastique. [31]  Mode d’action [31]

La fonction principale de l’ostéoblaste est de synthétiser et de minéraliser la matrice osseuse au cours de la croissance du squelette, du renouvellement de la matrice osseuse chez l’adulte et de la réparation osseuse tout au long de la vie.

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La principale molécule synthétisée par les ostéoblastes est le collagène de type I.

Cette protéine est d’abord sécrétée sous forme d’un précurseur, le pro-collagène, qui possède des peptides d’extension N et C terminaux clivés par protéolyse dans le milieu extracellulaire.

Les molécules de collagène de type I forment des triples hélices qui liées entre elles par des ponts pyridinolines s’assemblent en fibrilles.

Ces fibrilles s’agencent en faisceaux.

De nombreuses autres protéines incluses dans la matrice osseuse sont synthétisées par les ostéoblastes : l’ostéocalcine et l’ostéopontine qui représentent 50 % des protéines non collagéniques de l’os, des molécules d’adhésion qui interagissent avec les intégrines, des protéoglycanes et des facteurs de croissance.

Les ostéoblastes sécrètent d’abord la matrice organique, structurée par les fibres de collagène où les protéines non collagéniques sont intriquées. Les ostéoblastes matures contrôlent ensuite la minéralisation de la matrice par dépôts de cristaux d’hydroxyapatite en régulant les concentrations locales en calcium et en phosphate.

Le calcium et les phosphates du milieu extracellulaire sont transférés au site de minéralisation par transport actif ou passif dans l’ostéoblaste.

Les ostéoblastes expriment de grandes quantités de phosphatase alcaline osseuse qui est un facteur important pour la minéralisation. Une déficience génétique en phosphatase alcaline chez la souris induit, en effet, un défaut de minéralisation osseuse. Le volume de l’os est déterminé uniquement par la sécrétion de la matrice ostéoïde et la densité osseuse par la minéralisation.

30 2.3. Les cellules bordantes

Figure 20: Les cellules bordantes dans le tissu osseux. [22]

Une autre partie des ostéoblastes qui ont accompli leur fonction d’ostéogénèse se transforme en cellules bordantes. Ce sont des cellules plates et allongées qui se trouvent à la surface de l’os à l’état quiescent.

Les cellules bordantes sont alignées sur une couche de matrice osseuse non minéralisée. Il a été proposé l’hypothèse que ce seraient les cellules bordantes qui enverraient un signal aux pré-ostéoclastes pour signaler leur localisation dans l’os. Les cellules bordantes, agissant sur un signal des ostéocytes, seraient capables de déterminer le besoin de remodelage en un lieu et un temps spécifiques.

31 2.4. Les ostéocytes [25, 30, 32,33]

Figure 21: L'ostéocyte dans le tissu osseux. [22]

L'ostéocyte est issu de l'ostéoblaste. Il se situe dans le tissu osseux à la différence de l'ostéoblaste, situé dans la matrice minéralisée. Il est logé dans des cavités creusées dans la matrice : l'ostéoplaste.

C'est une cellule fusiforme, aplatie, au noyau condensé et central. Son cytoplasme est acidophile, et ses contours irréguliers. Elle possède des prolongements qui lui permettent de communiquer avec d'autres ostéocytes grâce à des jonctions communicantes. Elle est moins active que l'ostéoblaste mais participe au maintien de la matrice extracellulaire en élaborant ses constituants, ou en la détruisant.