19 Prolifération – Différenciation
L’homéostasie tissulaire normale est maintenue grâce à un équilibre étroitement contrôlé entre la mort et le renouvellement des cellules. Le maintien de cette balance à l’équilibre implique l’existence de cellules capables de s’autorenouveler ou de se différencier. Les cellules souches adultes et les cellules progénitrices assurent ces cycles biologiques de renouvellement et de différenciation en étant les unités fonctionnelles de régénération impliquées dans l’homéostasie et la réparation tissulaire. Des cellules souches spécifiques de tissus ont été décrites pour la première fois dans le système hématopoïétique en 1964 par Lajtha et al. Ces derniers ont introduit le concept de cellules souches multipotentes capables d’effectuer une division asymétrique donnant naissance à une cellule souche et une cellule différenciée. Ces cellules souches sont par définition capables de reconstituer tous les types cellulaires différenciés du système hématopoïétique. De cette découverte initiale a émergé le concept d’une véritable « hiérarchisation cellulaire » dans les tissus. Au sommet de cette hiérarchie se trouve une cellule souche résidente indifférenciée capable d’effectuer une mitose asymétrique produisant une cellule souche fille (cellule immature identique à la cellule mère) rendant ainsi « pérenne » le stock de cellules souches, et une cellule progénitrice engagée dans les voies de la différenciation. Il existe donc de nombreux types de cellules souches capables de s’autorenouveler avec des potentialités de différenciation plus ou moins restreintes.
I Définitions
• une cellule souche est une cellule non spécialisée qui se renouvelle pendant de longues périodes par division cellulaire ; cette propriété évite le tarissement du réservoir de cellules souches (capacité d’autorenouvellement) ;
• sous certaines conditions physiologiques, physiopathologiques ou expérimentales, la cellule souche est capable de se différencier en cellule spécialisée, par exemple en un hépatocyte produisant des facteurs de la coagulation, une cellule pancréatique produisant de l’insuline ou un neurone produisant une activité électrique (capacité de différenciation) (fig. 19.1).
Trois grands types de cellules souches ont été particulièrement caractérisés :
• les cellules souches embryonnaires totipotentes (ES, embryonic stem cells) ;
• les cellules souches fœtales comprenant des cellules souches somatiques et des cellules germinales (EG, embryonic germ cells) ;
II Hiérarchie dans le monde des cellules souches
Les cellules souches sont des cellules qui, placées dans un environnement tissulaire approprié, sont capables de se multiplier et de produire des cellules spécialisées présentant une structure et des fonctions spécifiques du tissu considéré. Dans le cas des mammifères, seul le zygote, stade initial de l’embryon, et les cellules provenant des premières divisions de l’ovule fécondé, jusqu’au quatrième jour de développement (stade morula), sont dits totipotents car ils possèdent la propriété de se différencier en n’importe quelle cellule spécialisée conduisant au développement d’un individu entier. Les cellules souches (CS) pluripotentes donnent naissance à l’ensemble des tissus issus des trois feuillets embryonnaires (endoderme, mésoderme et ectoderme) mais ne produisent pas les annexes embryonnaires (placenta et membranes). À titre d’exemple, dans l’embryon, les CS pluripotentes correspondent aux cellules de l’épiblaste, localisées au cœur de la masse cellulaire interne du blastocyste. Les CS multipotentes ont un potentiel de différenciation réduit comparé à celui des CS pluripotentes. Engagées dans un programme de différenciation spécifique de tissu, elles sont présentes dans l’embryon et chez l’adulte. Les CS hématopoïétiques à l’origine des globules rouges, des plaquettes, des lymphocytes et des macrophages, ou encore les CS mésenchymateuses à l’origine des adipocytes, des ostéoblastes, des chondrocytes, des cellules musculaires lisses et des cellules endothéliales représentent quelques exemples de CS multipotentes. Les CS tripotentes sont capables de différencier en trois types cellulaires. C’est notamment le cas des CS chrondro-ostéo-adipogéniques présentes dans la moelle osseuse. Les CS bipotentes sont capables de se différencier en deux types cellulaires, comme les CS adipofibroblastes du tissu adipeux, les CS chondro-ostéogéniques de la moelle osseuse ou encore les CS hépatobiliaires du foie. Enfin, les CS uni- ou monopotentes peuvent également s’autorenouveler et donnent naissance à un seul type cellulaire. Les adipoblastes, les cellules chondrogéniques du périchondre et les cellules ostéogéniques du périoste constituent quelques exemples de CS monopotentes (fig. 19.2).
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