Chapitre I : Introduction
I- 2-1 Les stades du développement pulmonaire
Le stade embryonnaire
Au cours du stade embryonnaire, l’ébauche laryngo-trachéale se forme au 26ième jour post-conception et se ramifie dans la cavité pleurale primitive. Du jour
26 au jour 28, le bourgeon pulmonaire est bifurqué en deux bourgeons primaires droit et gauche. Le bourgeon droit est plus grand que le bourgeon gauche. Deux autres ramifications suivront et seront respectivement à l’origine des lobes pulmonaires et des segments bronchiques. L’humain possède trois lobes pulmonaires droits et deux lobes pulmonaires gauches, alors que la souris possède quatre lobes droits et un lobe gauche (Cardoso and Lu, 2006).
Plusieurs molécules régulent le stade embryonnaire notamment les facteurs de transcription homéotiques (HOX) (Cebra-Thomas et al., 2003), l’acide rétinoïque et ses récepteurs (Mendelsohn et al., 1994), ainsi que les facteurs de croissances dérivés du mésenchyme et de l’endoderme tels que le facteur de croissance des fibroblastes fgf10 (fibroblast growth factor) (Min et al., 1998). Également l’expression de certaines voies de signalisation comme celle de Wnt/β-catenine sont nécessaires aux premières étapes du développement pulmonaire (Huelsken et al., 2000). En effet, l’inactivation de cette voie entraine l’absence totale de développement pulmonaire (Pongracz and Stockley, 2006). La voie des Shh (Sonic hedghog) est impliquée dans la prolifération du mésenchyme (Pepicelli et al., 1998). L’absence de l’expression de Shh entraine un retard de formation des bourgeons pulmonaires et l’incapacité à former les premières ramifications (Litingtung et al., 1998). Il a également été démontré que la protéine osseuse morphogénique 4 bmp4 (Bone morphogenic protein-4) joue un rôle primordial dans la prolifération cellulaire à ce stade du développement (Shu et al., 2005).
13 Le stade pseudoglandulaire
Ce stade est considéré comme la phase de mise en place de l’arbre bronchique. Le stade pseudoglandulaire débute à la 8ième semaine de gestation et
se poursuit jusqu’à la 16ième semaine chez l’humain, et s’étend du jour 11.5 au jour
13.5 chez la souris. Au cours de cette période l’arbre bronchique subira 16 ramifications successives aboutissant à la formation des bronchioles terminales. Parallèlement, l’arbre vasculaire se développe aussi. Durant ce stade, les cellules prismatiques de l’épithélium de l’arbre trachéo-bronchique se différencient en cellules ciliées et cellules sécrétrices. À partir de la 10ième semaine chez l’humain,
les cellules mésenchymateuses se différencient en cellules cartilagineuses et musculaires lisses. Une partie de l’épithélium périphérique est maintenue indifférenciée jusqu’au stade alvéolaire (Warburton et al., 2010).
Parmi les gènes qui régulent le stade pseudoglandulaire on trouve les gènes Hox régulant la formation de l’arbre bronchique. Également, les voies de signalisation des BMP et FGF10 régulent la prolifération épithéliale à ce stade (Bogue et al., 1994; Zhu et al., 2004). Certains facteurs de transcription comme gata6 ou foxa2 sont également importants pour le développement de l’épithélium (Weidenfeld et al., 2002). L’inactivation de Gata6 au stade pseudoglandulaire permet l’augmentation de l’expression de bmp 4 et de la voie Wnt, ce qui mène à une augmentation de la prolifération épithéliale. Foxa2 régule également la voie Wnt et l’expression de Shh (Wan et al., 2004)
Le stade canaliculaire
Ce stade débute dès la 16ième semaine et se poursuit jusqu’à la 25ième semaine
chez l’humain et du jour gestationnel 16,6 au jour 17,4 chez la souris. Ce stade est caractérisé par la formation de l’acinus (unité respiratoire terminale) à partir de la bronchiole terminale qui va se subdiviser en bronchioles respiratoires prolongées
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par des bourgeons qui seront à l’origine des saccules. La vascularisation de l’appareil respiratoire commence à se développer et le mésoderme entourant l’acinus devient très vascularisé. Durant ce stade, les cellules de l’épithélium se différencient en cellules épithéliales cubiques et pavimenteuses de types I et II (PTI, PTII), respectivement. La formation des inclusions lamellaires (forme intracellulaire du surfactant) caractérise la différenciation des PTII (Delacourt et al., 2003). Les cellules PTI présentent des expansions cytoplasmiques étendues au contact desquelles migrent les capillaires. Elles commencent à former la barrière air/sang qui sera fonctionnelle à la fin de ce stade. À la fin de ce stade débute la sécrétion du surfactant synthétisé par les cellules PTII (Delacourt et al., 2003).
Le surfactant pulmonaire est un complexe protéo-lipidique qui joue le rôle de tensioactif pour prévenir le collapsus des alvéoles respiratoires lors de l’expiration. Il est composé de phospholipides (80%) de lipides neutres (10%) et 10% de protéines A (SP-A), B (SP-B), C (SP-C) et D (SP-D) (Haagsman and Diemel, 2001;
Perez-Gil and Weaver, 2010). La capacité de réduction de la tension de surface est attribuée principalement au phospholipides et plus spécifiquement au DPPC. Les molécules de DPPC peuvent être comprimées ensemble très étroitement en raison de leurs deux chaînes d'acides gras totalement saturés. Ceci va permettre d’exclure des molécules d'eau à partir de l'interface air-liquide, ce qui élimine la tension de surface (Daniels and Orgeig, 2003). Les protéines du surfactant sont synthétisées dans les cellules alvéolaires de type II. SP-A régule la sécrétion et la recapture des phospholipides dans les cellules alvéolaire de type II. Les protéines hydrophobes SP-B et SP-C interagissent avec les lipides en favorisant la formation et l’adsorption du complexe du surfactant à l’interface air-liquide. SP-A et SP-D sont principalement impliquées dans le système immunitaire inné pulmonaire (Haagsman and Diemel, 2001).
15 Le stade sacculaire
Le stade sacculaire s’étend de la 25ième à la 36ième semaine de grossesse chez
l’humain et du jour gestationnel 17.4 au jour postnatal 5 chez la souris. Ce stade débute par un élargissement marqué des voies aériennes périphériques conduisant à une importante augmentation de la surface d’échange gazeux. L’élargissement des espaces aériens périphériques se fait par division des saccules formant le parenchyme pulmonaire primitif qui va s’amincir. Les septa intra-sacculaires, formant les cloisons des saccules, sont encore épaisses à ce stade et contiennent un double réseau capillaire. Des dépôts d’élastine se forment dans la matrice extracellulaire, ces dépôts sont primordiaux pour la formation des alvéoles. Les fibroblastes présents dans l’espace interstitiel sont responsables de la production de la matrice extracellulaire et sont impliqués dans la différenciation des cellules épithéliales (Warburton et al., 2010).
Le dépôt d’élastine par les myofibroblastes est régulé principalement par l’expression épithéliale du facteur de croissance dérivé des plaquettes A pgdf-a (platelet-derived growth factor) et de son récepteur pgdfr-a par les myofibroblastes (Buch et al., 1994). L’initiation et la localisation de ce processus sont régulées par la voie Shh et par l’acide rétinoïque (Kim and Vu, 2006). Les voies de signalisation de FGF-10, du facteur de croissance tumoral-β TGF-β (Tumor growth factor β), de BMP-4, et Wnt sont également impliquées dans l’arborisation au stade sacculaire (Alejandre-Alcazar et al., 2008) . VEGF-A est exprimé dans les cellules épithéliales distales et joue un rôle dans la vasculogenèse (Akeson et al., 2005).
Le stade alvéolaire
Ce stade débute à 36 semaines de grossesse chez l’humain. Au cours de ce stade, les premières alvéoles matures apparaissent. Elles sont caractérisées par des septa interalvéolaires minces et un réseau capillaire unique suite à la fusion du
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double réseau de capillaire. Le diamètre des capillaires est suffisamment grand pour recouvrir les parois des alvéoles et interagir avec deux lumières alvéolaires. De nouvelles alvéoles sont produites par un processus de subdivision à partir de la croissance des septa présents dans les alvéoles immatures existantes. Cette production d’alvéoles matures se poursuit jusqu’à l’âge de deux ans (Delacourt et al., 2003). Avec la maturation des alvéoles et l’amincissement des parois, la proportion du stroma par rapport au volume pulmonaire total diminue. À 2 ans, la morphologie globale du poumon est établie et l'expansion ultérieure se produit avec une croissance proportionnelle de tous les composants du poumon jusqu'à l'âge adulte. Le nombre total d’alvéoles dans un poumon mature se situe entre 300 et 600 millions à raison de 1000 alvéoles par acinus approximativement (Thurlbeck, 1982).
I-3 La stéroïdogenèse
En plus des gènes impliqués dans le développement pulmonaire cités dans la section précédente, les stéroïdes sont d’un grand intérêt dans la maturation du poumon et ils constituent le thème central de mon projet de doctorat. À cet effet les éléments de base sur la stéroïdogenèse et son implication dans le développement pulmonaire seront présentés dans les sections suivantes.