Des chercheurs ont découvert un nouveau type de cellule souche nécessaire à la formation du cartilage et au développement des cellules souches de la moelle osseuse.

La plaque de croissance, qui est la région du cartilage où la croissance osseuse se produit, contient trois types de chondrocytes (cellules du cartilage) : les arrondis, se trouvant dans une zone dite de repos, qui peuvent se différencier en cellules prolifératives, et les chondrocytes plats.

Ils formeront des colonnes le long de l’axe longitudinal de l’os. Ces derniers cessent de se multiplier en devenant des chondrocytes hypertrophiés, qui seront finalement remplacés par de l’os ou de la moelle osseuse. Les chondrocytes doivent être continuellement produits à partir de cellules souches pour qu’il y en ait toujours dans la plaque de croissance.

Un nouveau type de cellule souche squelettique capable de produire les 3 formes de chondrocytes ainsi que d’autres cellules souches se trouvant dans la moelle osseuse a été découvert dans des souris. Elle se trouve dans la zone de repos et donne naissance à des chondrocytes prolifératifs et hypertrophiés.

En marquant ces cellules par fluorescence pour les pister, le groupe de Phillip Newton de l’hôpital universitaire Karolinska à Stockholm, a constaté que les colonnes de chondrocytes se formaient jusqu’à l’âge adulte. Ils ont remarqué en étudiant leur division, que l’une des deux cellules filles obtenues était un clone de l’originale, tandis que l’autre s’était différenciée. Ce phénomène d’obtention de deux cellules filles différentes est appelé division asymétrique. Cette cellule souche se multiplie de sorte à conserver sa présence dans la plaque de croissance, tout en produisant des cellules prolifératives (chondrocytes plats).

Le groupe se demandait d’où provenaient ces cellules souches de la zone de repos. La croissance durant le stade embryonnaire et après la naissance dépend du mécanisme de prolifération cité plus haut, avec à la fin du processus les extrémités des os contenant toujours du cartilage.

Newton a découvert que certains chondrocytes embryonnaires devenaient des cellules souches de la zone de repos. Il a également démontré que les colonnes de chondrocytes prolifératifs et hypertrophiés ne sont pas conçus à partir d’une seule et même cellule souche, ce qui indiquerait que la croissance osseuse et postnatale sont réalisées de manière différente.

Pour comprendre comment des cellules souches sont obtenues à partir des chondrocytes embryonnaires, le groupe de Newton a étudié la cible de la voie du complexe de la rapamycine 1 (mTORC1), une voie de signalisation importante dans la régulation des fonctions des cellules souches. Ils ont découvert que son activation dans les chondrocytes permettait un passage de divisions asymétriques à des divisions symétriques, causant ainsi une augmentation du nombre de cellules souches dans la zone de repos.

Ils ont également examiné une protéine exprimée dans les chondrocytes nommée Indian Hedgehog (Ihh). En inhibant son expression, les colonnes de chondrocytes montraient une longueur réduite. Il semblerait qu’elle bloque l’hypertrophie prématurée des cellules prolifératives, favorisant ainsi leur multiplication.

Ils ont ensuite inhibé Ihh et exprimé simultanément mTORC1, et ont constaté que des cellules souches se déplaçaient de la zone de repos à la zone de prolifération sans même se différencier en chondrocytes plats, supportant l’idée que Ihh aurait davantage un rôle dans la prolifération que dans la différenciation des cellules souches squelettiques.

structure plaque de croissance

La plaque de croissance (growth plate), située entre l’extrémité de l’os et la diaphyse, contient du cartilage (en bleu). Sa zone de repos (resting-zone) contient des chondrocytes, la zone proliférative des chondrocytes plats, et le reste des chondrocytes hypertrophiés. Des cellules souches (en rouge) vont former ces colonnes de cellules plates et hypertrophiées, qui deviendront soit des ostéoblastes, soit des cellules souches de la moelle osseuse. mTORC permet le remplacement des cellules souches de la zone de repos. Ihh, produit dans les chondrocytes hypertrophiées qui viennent de se différencier, interagit avec une autre protéine, PTHrP, pour réguler la prolifération et la différenciation des chondrocytes. Crédits : Nature

Les chercheurs pensaient que le cartilage disparaissait progressivement en grandissant, avec le remplacement des chondrocytes hypertrophiés par des ostéoblastes, les cellules qui vont former les os. Mais un groupe de l’Université d’Osaka au Japon, a démontré que les cellules descendantes des cellules souches de la zone de repos contribuait à la présence de cellules souches dans la moelle osseuse. Ces dernières semblent suivre une voie de différenciation différente, qui n’a pas encore été complètement éclaircie, les transformant en chondrocytes et ensuite en cellules souches pluripotentes.

Le fait que les chondrocytes hypertrophiés peuvent se différencier en ostéoblastes et en cellules souches de la moelle osseuse, laisse penser que le devenir de ces cellules hypertrophiées est déterminé bien avant, par la possible existence de sous-types de cellules souches dans la zone de repos d’où elles proviennent.

Davantage de recherches sont nécessaires pour déterminer le nombre de cellules souches postnatales de la moelle osseuse qui proviennent de la zone de repos, et si ces dernières auraient des fonctions différentes comparées aux autres cellules dans la moelle osseuse. Une étude poussée pourrait aboutir à des découvertes d’importance médicale, sachant que les cellules souches squelettiques de la moelle osseuse sont importantes dans la réparation des os.

Une étude plus approfondie du rôle des voies de signalisation d’Ihh et de mTORC1 dans le maintien de l’identité des cellules souches, pourrait contribuer à l’amélioration de notre compréhension des mécanismes de croissance du squelette humain et des maladies associées.

Source : Nature

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