Les podosomes des ostéoclastes.

Les ostéoclastes sont des cellules géantes multinucléées dont le rôle est de continuellement remodeler l’os, pour préserver l’intégrité du tissu osseux (composé de collagène rigidifié par des sels calciques). Ce sont des cellules d’origine hématopoïétique, apparentées aux macrophages. In vivo, les monocytes circulant rejoindraient le microenvironnement de l’os pour y maturer et fusionner. Cependant ce scénario est controversé car les ostéoclastes sont capables in vitro de migrer au travers de couches de cellules du micro-environnement osseux (ostéoblastes, cellules endothéliales) (Saltel et al., 2008). In vitro, les ostéoclastes sont obtenus à partir de monocytes stimulés au M-CSF et RANKL (Receptor activator of nuclear factor B-ligand).

L’ancrage de la cellule à la matrice osseuse se fait via une structure riche en actine-F appelée « sealing zone » et la résorption de l’os est délimitée localement par cette structure (Saltel et al., 2008). Il n’est donc pas très étonnant que l’étude des podosomes ait été longtemps majoritaire dans ce type cellulaire. In vitro, la sealing zone n’a été observée, jusqu’à présent, que si les ostéoclastes adhèrent sur une matrice minérale (figure 43 C-D). Cependant, récemment, il a été montré que, sur vitronectine, les ostéoclastes étaient capables de résorber cette matrice de manière similaire à la résorption de l’os (Fuller et al., 2010).

La bande d’actine de la sealing zone est entourée à l’extérieur et à l’intérieur d’une doublure riche en vinculine (figure 43 F et G) (Saltel et al., 2004), paxilline (Luxenburg et al., 2007), cortactine (Tehrani et al., 2006), protéines tyr-phosphorylées (Saltel et al., 2008), et en β3- intégrines (Chabadel et al., 2007). Le récepteur CD44 et Arp2/3 colocalisent quant à eux avec l’actine F (Chabadel et al., 2007; Saltel et al., 2008). Ainsi, la composition moléculaire de ces structures est bien comparable à celles des podosomes de macrophages.

Formation des podosomes d’ostéoclastes

La formation des podosomes d’ostéoclastes fait appel aux mêmes mécanismes que pour les macrophages et dépend de l’intégrité du réseau de microtubules (pour revue (Jurdic et al., 2006)). L’importance de Src dans la formation des podosomes des ostéoclastes a été mise en évidence grâce aux souris src-/- qui présentent une ostéopétrose (Soriano et al., 1991). Ce défaut de résorption osseuse des ostéoclastes src-/- a été lié à une capacité diminuée à former des podosomes (Destaing et al., 2008). De plus, Src jouerait un rôle majeur dans la formation

et le turn-over des podosomes des ostéoclastes via un de ses substrats : la cortactine (Luxenburg et al., 2006; Tehrani et al., 2006).

Dynamique des podosomes d’ostéoclastes

Sur d’autres matrices extracellulaires que les matrices minérales ou sur verre, les podosomes apparaissent sous des arrangements différents selon le niveau de différenciation. Durant les 5 1ers jours de différenciation, l’ostéoclaste immature forme des « clusters » (regroupements) de podosomes ; à J6-J7 on observe des « rings » (anneaux) et enfin à J8 de différenciation l’ostéoclaste mature forme des « belts » (ceintures) (figure 43 A). Il a été clairement montré que chacune des structures dérive de la ré-organisation de la précédente (Destaing et al., 2003). Dans chacune de ces structures, le podosome individuel est retrouvé, englobé dans un nuage d’actine, avec une composition moléculaire et une morphologie similaires à celles des podosomes et des rosettes de podosomes de macrophages (Destaing et al., 2003). Quant à la sealing zone, sa relation aux belts n’a pas encore été démontrée clairement. En effet, dans les sealing zones, le réseau d’actine-F apparaît fusionné du fait de sa densité en immunofluorescence et on ne peut pas distinguer les podosomes (la bande d’actine-F atteint 4µm de large, à comparer au podosome individuel mesurant environ 1µm). Cependant leur présence a été démontrée de manière non équivoque en microscopie électronique à balayage couplée à de la microscopie à fluorescence. Dans chaque super-structure, les podosomes individuels sont très denses et interconnectées par des fibres d’actine responsables du nuage d’actine et la densité de coeurs podosomaux et celle des connections d’actine s’accroient avec la maturité de la structure, devenant maximales dans la sealing zone (Luxenburg et al., 2007). La durée de vie des podosomes des ostéoclastes est très similaire à celle des macrophages. En effet, quelle que soit la super-structure considérée (cluster, ring, belts), le podosome a une durée de vie entre 30sec et 15 min (Destaing et al., 2003). Dans la sealing zone, la dynamique de l’actine est similaire à celle des podosomes (30sec d’après des mesures en FRAP). Les structures clusters et rings ont une durée de vie inférieure à 30min (Jurdic et al., 2006). En revanche la stabilité des belts et de la sealing zone sont très longues, la structure même de la sealing zone peut rester stable pendant plus de 2h sur apatite (Saltel et al., 2004) et in vivo sur l’os (Geblinger et al., 2009).

Figure 44 : les podosomes des éosinophiles

Les cellules (lignée Eol-3) sur VCAM-1 ont été traitées au PMA pendant 1h avant fixation En rouge la phalloidine-Rhodamine marque la F-actine, en vert sont marquées respectivement la gelsoline, les proteines phospho-tyrosylées et les β1 intégrines

Echelle 10µm

Activité dégradative des podosomes d’ostéoclastes

Il a été montré que l’adhérence des ostéoclastes sur vitronectine (ligand de αvβ3) induit la formation de belts de podosomes ainsi que les ruffles membranaires caractéristiques de la résorption osseuse (Stenbeck, 2002) mais aussi la dégradation de la vitronectine (Fuller et al., 2010). La dégradation a été inhibée par un inhibiteur des cathepsines (E64) mais pas par un inhibiteur large des MMPs (GM6001) (Fuller et al., 2010). Ainsi ces résultats suggèrent que l’os est reconnu par les ostéoclastes via son affinité pour les intégrines et non via ses attributs topographiques et mécaniques (rigidité). De plus, cela constitue un argument en faveur d’une relation entre belt et sealing zone. D’autre part c’est la première démonstration de la dégradation d’un substrat non minéral par les ostéoclastes. Enfin cela suggère un rôle des cathepsines dans la dégradation.

D’autre part, il est connu que la cathepsine K est exprimée au cours du processus de différenciation et cette protéase est impliquée dans la dégradation des ostéoclastes. Son activité a été rapportée dans de multiples études, notamment dans un modèle in vivo d’arthrite (Schurigt et al., 2008a) et plusieurs inhibiteurs sont en développement clinique pour le traitement des métastases au niveau des os (revue : (Le Gall et al., 2008)). MMP-9 est également sécrétée par les ostéoclastes dans un modèle de cancer de la prostate où les métastases s’installent sur les os, mais la relation à la dégradation n’a pas été faite (Bruni- Cardoso et al., 2010). La MMP-7 des ostéoclastes a également été rapportée comme responsable de la destruction osseuse liée à une tumeur (Thiolloy et al., 2009). Enfin MT1- MMP a été trouvée localisée au sein de la sealing zone des ostéoclastes in vivo (Irie et al., 2001).