Ostéoclastes et résorption osseuse

Les ostéoclastes sont les cellules qui assurent la résorption de la matrice osseuse. Les ostéoclastes matures et actifs sont des cellules volumineuses (20 à 100 μm) multinucléées (10 à 20 noyaux en moyenne) riches en mitochondries, et présentant un appareil de Golgi développé témoignant d’une activité de synthèse protéique intense (Gothlin et Ericsson 1976). L’ostéoclaste actif est une cellule polarisée, caractérisée par la présence d’une bordure plissée en regard de la

Figure 16: Histogramme représentant l’augmentation significative du degré de minéralisation osseux (DMB) jusqu’à 18 mois de minéralisation pour l’os cortical et trabéculaire de brebis, adapté de (Bala et al. 2010b).

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matrice osseuse. L’attachement de l’ostéoclaste et la formation de la bordure plissée délimitent un microenvironnement dans lequel se déroule la résorption osseuse.

4.3.1.1. Différenciation et maturation ostéoclastique

Les précurseurs ostéoclastiques dérivent de la lignée des monocytes-macrophages. A partir des cellules souches CFU-GM (pour Colony Forming Unit Granulocyte-Macrophage), les précurseurs ostéoclastiques mononucléés prolifèrent puis fusionnent pour donner des ostéoclastes matures (Teitelbaum 2000). La différenciation des précurseurs en ostéoclastes matures a été largement étudiée et a permis de mettre en évidence un mécanisme clef de la biologie du remodelage osseux.

Il a été montré que la différenciation ostéoclastique à partir de macrophages nécessitait la présence de cellules stromales médullaires (précurseurs ostéoblastiques) ou d’ostéoblastes (Udagawa et al. 1990). En effet, ces cellules expriment les deux protéines nécessaires et suffisantes à promouvoir l’ostéoclastogenèse : le M-CSF (Macrophage Colony-Stimulating Factor) et le RANK-L [Receptor for Activation of Nuclear factor kappa B (NF- B) - Ligand]. Le M-CSF est sécrété par les précurseurs ostéoblastiques et se fixe sur le récepteur membranaire c-fms des précurseurs ostéoclastiques précoces. Cette interaction met en jeu une voie de signalisation aboutissant à la survie et à la prolifération des précurseurs ostéoclastiques. Il a aussi été montré que la différenciation en ostéoclaste nécessitait un contact avec les précurseurs ostéoblastiques. Cette nécessité de contact est liée à la présence du récepteur RANK qui est un récepteur membranaire présent à la surface des précurseurs ostéoclastiques (Lacey et al. 1998). Les préostéoblastes sont aussi capables de synthétiser un facteur soluble, l’ostéoprotégérine (OPG) qui peut se fixer de manière compétitive avec RANK sur RANK-L et donc inhiber l’ostéoclastogenèse (Simonet et al. 1997; Lacey et al. 1998) (Fig. 17). De plus, il a été montré que la balance RANKL / OPG déterminait la quantité d’os résorbé, faisant de ces facteurs des cibles thérapeutiques dans les pathologies liées au remodelage osseux (Hofbauer et al. 1999a; Hofbauer

et al. 1999b). Outre le système RANK / RANK-L / OPG, la différenciation et la maturation des

ostéoclastes sont aussi modulées par d’autres facteurs sécrétés par les ostéoblastes, qui peuvent aussi avoir une action paracrine sur ces mêmes ostéoblastes (Manolagas 2000) (Fig. 17).

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4.3.1.2. Résorption osseuse

La résorption osseuse se réalise en plusieurs étapes. Tout d’abord, l’ostéoclaste se fixe à la matrice osseuse à résorber. La fixation est rendue possible par la présence de protéines d’adhésion, les intégrines, à la surface des ostéoclastes. L’intégrine 1 participe à l’attachement aux fibres de collagène de type I (Teitelbaum 2000) mais l’intégrine primordiale dans l’adhésion, et plus largement dans le mécanisme de résorption est l’intégrine v 3 (McHugh et al. 2000; Ross et Teitelbaum 2005). C’est un médiateur de nombreuses voies de signalisation impliquant le cytosquelette et qui entre en jeu dans la polarisation de l’ostéoclaste et la formation de la bordure plissée. L’intégrine _{v 3} est aussi impliquée dans la formation de la ceinture d’actine fibrillaire dense ou « zone de scellement » qui isole le microenvironnement créé entre la bordure plissée de l’ostéoclaste mature et la matrice à résorber (Jurdic et al. 2006). Il a en effet été montré que des souris mutantes n’exprimant pas l’intégrine v 3 présentaient des ostéoclastes avec une bordure plissée anormale, une absence de zone de scellement, un cytosquelette modifié et étaient incapables de résorber la dentine in-vitro (McHugh et al. 2000).

La résorption de la matrice osseuse par l’ostéoclaste activé comporte deux phases étroitement liées : 1) l’acidification du microenvironnement extracellulaire permettant la

Figure 17: Schéma représentant la différenciation ostéoclastique impliquant le système RANK / RANK-L, OPG et M-CSF.

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dissolution du minéral, suivie 2) d’une digestion enzymatique de la phase organique. L’acidification du microenvironnement est réalisée grâce à la présence de pompes à protons vacuolaires ATP dépendantes présentes au niveau de la bordure plissée. Les protons excrétés sont produits dans la cellule grâce à une anhydrase carbonique cytoplasmique (CALL) qui permet la production d’ions CO3H^- et H⁺ à partir de CO2 + H2O (Fig. 18) (De Vernejoul et Marie 1996). Le résultat de ces échanges ioniques se traduit par la sécrétion d’HCL dans le microenvironnement, faisant chuter le pH à une valeur proche de 4,5 (Silver et al. 1988), ce qui permet la dissolution du minéral osseux. La matrice collagénique déminéralisée est ensuite dégradée par différentes classes de protéases lysosomiales comme des cathepsines B, D, L et K, ou encore des métalloprotéases matricielles (MMP 2, 9, 12, 13 et 14) (Delaisse et al. 2003). Les protéoglycannes et autres protéines non-collagéniques sont dégradées par différentes hydrolases,

-glucuronidases ou des phosphatases acides tartrate-résistantes (TRAP). La lyse de la matrice organique génère plusieurs produits de dégradation qui sont éliminés de la lacune de résorption (ou lacune de Howship) par transcytose, sécrétés dans l’espace extracellulaire, et rejoindront la circulation. Certains produits de dégradation du collagène comme le C-télopeptide (CTX) ou le N-télopeptide (NTX) du collagène de type I peuvent être dosés dans le sang ou l’urine et utilisés comme indicateurs de l’activité de résorption ostéoclastique (Garnero et Delmas 1996). Une fois la phase de résorption achevée, soit l’ostéoclaste migre et commence une nouvelle étape de résorption sur un autre site, soit l’ostéoclaste entre en apoptose.

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