Les cellules souches : généralités

James Till et Ernest McCulloch ont réalisé des travaux pionniers sur les cellules souches adultes en 1961 en injectant des cellules de moelle osseuse dans des souris irradiées207. Ils montrent alors que des cellules souches ou progéniteurs sont capables de proliférer et de se différencier en cellules lymphoïdes et m lo de , e a an ain i l h ma opo e altérée de la moelle osseuse détruite.

Les cellules souches sont définies comme des cellules non différenciées capable d a o-renouvèlement, donc capables de donner une cellule identique à elles-mêmes à chaque cycle de division cellulaire, tout en donnant une descendance cellulaire différenciée et variée qui assurera ou soutiendra la fonction du tissu208. Lors de la division cellulaire, la cellule souche peut se diviser de manière symétrique ou asymétrique209. La division asymétrique résulte soit de la localisation de facteurs intrinsèques régulant le devenir cellulaire à un pôle de la cell le o che m e, donnan ain i de cell le fille diff en e l i e de la division ; oi de l e po i ion d une des deux cellules filles à des facteurs extrinsèques modifiant ainsi son devenir par rapport à l autre cellule fille qui restera souche.

Une cell le imma e e ne cell le i n a pa a ein de de in e cell lai e particulière et a le potentiel de devenir une autre cellule par des processus de différenciation et de plasticité cellulaire. La différenciation est le processus par le el le cell le de iennen pl p ciali e . On con id e ne cell le immature se différencie en cellules matures. Limma i co e pond a deg de po en iali d ne cell le, c e -à-dire la capacité à devenir plusieurs types cellulaires matures différents. Le lignage regroupe un ensemble de cellules ayant la même origine développementale qui partagent un phénotype et/ou une fonction

similaire. L iden i d ne cell le e d finie n in an donn pa la de c ip ion de ca ac i i e ph no pi e , l e p e ion de ma e p cifi e , e l de de sa fonctionnalité.

J alo le cell le o che aien iden ifi e in vivo par une rétention du BrdU due à un temps de doublement cellulaire plus long que les autres cellules, même si cette technique a montré ses limites notamment concernant les cellules souches hématopoïétiques (CSH)210. No n a on pa iden ifi a jo d h i de marqueur spécifique des cellules souches, notamment du fait que leur profil de signalisation varie en permanence en fonction des signaux perçus depuis leur microenvironnement. Il est donc nécessaire de définir des marqueurs plus spécifiques afin de les isoler techniquement. A jo d h i on ne pe iden ifier les cellules souches in vivo que par leur marquage avant transplantation et le suivi de leur devenir : auto-renouvellement et progéniture différenciée. Des travaux appo en l e i ence de cell le o che p cifi e dan de nomb e o gane , mai ce n e e dan ce ain d en e e e l e i ence de cell le o che a été clairement démontrée in vivo chez les mammifères. On dénombre parmi elles le cell le o che pi h liale de l in e in locali e dan ne niche en profondeur des cryptes intestinales211, les cellules souches germinales localisées au sein des tubules séminifères212, les cellules souches épithéliales localisées dans le renfoncement du follicule pileux213, les cellules souches musculaires localisées dans une niche sous la lame basale des fibres musculaires214, les cellules souches neurales localisées dans la zone subventriculaire du ventricule latéral du système nerveux central215, et les CSH216,217. Le CSH on locali e a ein d ne niche endostéale et/ou péri-vasculaire dans la moelle osseuse ou au sein de la rate216,217. Il a récemment été décrit des progéniteurs hématopoïétiques au sein du TA chez la souris, bien que ces cellules soient préférentiellement orientées vers le lignage m lo de e ne niche n e pa fe memen d c i e218

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Le devenir des cellules souches est finement régulé par leur niche environnementale219 : auto-renouvellement, prolifération, différenciation, survie, ie cence, apop o e. La diff encia ion co e pond l ac i i ion en ielle de marqueurs phénotypiques fonctionnels spécifiques du devenir cellulaire « cible ». Elle e cla i emen d c i e comme le pa age d ne cell le souche à un progéniteur puis un précurseur avant de donner une cellule différenciée mature.

Lors de cette cascade d nemen , les capacités de prolifération diminuent. On pa le d engagemen lo e la cell le o che en ame on p oce de différenciation dan n lignage cell lai e pa ic lie . On pa le d deg d imma i d ne cell le en fonction des potentialités de différenciation plus ou moins étendues dans différents lignages elle po de n in an donn . Il existe plusieurs types de cellules souches, classées selon leurs potentialités de différenciation, et donc le deg d imma i :

ƒ Cellules souches pluripotentes : elles sont présentes au stade blastocyste et ont la capacité de générer toutes les cellules correspondant aux 3 feuillets embryonnaires (ectoderme, mésoderme, endoderme), mais contrairement aux cellules souches totipotentes, elles ne peuvent pas former les structures extra- embryonnaires. Les cellules souches embryonnaires (ES) sont des cellules souches pluripotentes220. L ili a ion e l de de ce cell le e encad e en France, la loi de bioéthique gi l acc ce cell le d fai de l ili a ion d emb on h main comme o ce biologique. Seuls les laboratoires qui ont une autorisation du Con eil d O ien a ion de l Agence de la Biom decine peuvent les étudier.

ƒ Cellules souches multipotentes : elles ont la capacité à g n e pl d n type cellulaire, mais tous issus du même lignage (mésenchymateux par exemple). C e le ca de cell le o che ad l e comme les cellules souches intestinales, neurales, de la peau, ... Les principales cellules souches multipotentes décrites che l adulte sont les CSH et les cellules souches/stromales mésenchymateuses (CSM). Le CSH on l o igine des cellules circulantes a a e d ne différenciation soit de la lignée myéloïde (plaquettes, globules rouges, monocytes, macrophages et granulocytes) soit de la lignée lymphoïde (lymphocytes B / T / NK). Le chapitre suivant détaille les caractéristiques des CSM, plus particulièrement les CSM du TA.

ƒ Cellules souches unipotentes : capacité de générer un seul type cellulaire différencié to en main enan a capaci d a o- eno lemen . C e le ca pa exemple des cellules souches musculaires (ou cellules satellites) ou des cellules souches endothéliales - aussi parfois appelées progéniteurs endothéliaux tardifs.

Cependant, des phénomènes biologiques ont été récemment décrits, tels que la dédifférenciation (le fait de revenir à un état cellulaire plus immature) et la

transdifférenciation (le fait de devenir une cellule mature définie par un autre lignage de différenciation sans passer par un stade pluripotent). Ces phénomènes lai en pen e il erait po ible d ob eni de cell le o che o de cell le matures en conditions pathologiques sans activer le stock de cellules souches lors de la régénération du tissu. Ces processus reflètent la capacité de plasticité des cellules (voir chapitre 3).