I. Concept des CS

Pk les CSH nous intéressent ?  Cmt ce tissu, avec cet énorme potentiel, peut se différencier au cours du temps et de notre vie ?

Caractéristiques communes aux cellules sanguines :

• Très matures
• Durée de vie limitée
• Fonctions précises
• Morphologiquement reconnaissables
• Mécanismes assurant le remplacement en continu de toutes ces cellules
• 99% ce cellules différenciées, 1% de progéniteurs dont 0.01% immatures et 10^-4 CS

Anecdotique : un être humain produit son propre poids tous les 7 ans en cellules sanguines. La moelle osseuse humaine produit environ 500 milliards de cellules par jour

CSH = très rares dans MO, indifférenciées, spécifiques, et quiescentes (≈90 % en phase G0), difficile à purifier

• 2 propriétés fondamentales :

L’auto-renouvellement

= capacité d’une CS à se diviser en produisant deux cellules souches identiques à la cellule mère.

But = maintenir le pool de CSH tout au long de la vie, sans épuisement.

• Assure stabilité à long terme du système hématopoïétique.
• Finement régulée par des signaux internes (facteurs de transcription, état métabolique) et externes (niche).

La différenciation

Les CSH peuvent aussi se diviser pour donner naissance à des cellules progénitrices (ou précurseurs) qui vont ensuite se différencier en cellules matures du sang (GR, GB, plaquettes, etc.).

Selon le type de division, deux situations sont possibles

Types de divisions cellulaires des CSH

Division symétrique

Division symétrique de maintien :

• → 2 CSH identiques (auto-renouvellement).

Division symétrique de différenciation :

• → 2 cellules progénitrices déjà engagées dans une voie de différenciation.

Exemple : en cas de stress (hémorragie, infection, etc.), la moelle osseuse doit produire rapidement des cellules sanguines → la CSH se divise pour donner 2 progéniteurs.

Division asymétrique

• Une cellule fille reste une cellule souche (pour le maintien du stock).
• L’autre devient une cellule progénitrice, engagée dans une voie de différenciation.

Permet renouvellement + production de nouvelles cellules selon les besoins de l’organisme.

Deux modèles expliquent la division asymétrique :

1. Modèle intrinsèque : la cellule mère répartit différemment certains facteurs internes entre les deux cellules filles.
2. Modèle extrinsèque : c’est l’environnement (niche) qui détermine le destin de la cellule (souche ou différenciée).

Rôle de la niche HP

= environnement protecteur où résident les CSH dans la MO

Fournit les signaux nécessaires à :

• leur quiescence (repos, protection contre les stress oxydatifs),
• leur survie,
• leur auto-renouvellement.

Quand la CSH quitte sa niche, elle reçoit d’autres signaux qui favorisent sa différenciation.

Activité et dynamique des CSH

Toutes les CSH n’ont pas le même comportement :

• Certaines se renouvellent, d’autres se différencient, d’autres meurent (apoptose) ou restent dormantes.
• Elles s’adaptent aux besoins de l’organisme (ex : production accrue de GR après une hémorragie).

=> 1 CSH = 20 à 30 divisions dans sa vie → production de millions voire milliards de cellules sanguines.

=> auto-renouvellement constant = assure la régénération du sang tout au long de la vie.

Utilisation de la cytométrie en flux : étude précise de cellules isolées entrainées par un  flux liquidien

=> caractérisation individuelle de : leur quantité, leur qualité, leur  fonction. 

1) Passage des cellules face à un laser excitant les cellules

2) Diffraction => analyse la taille et structures des cellules (granularité)

3) Représentation des 2 paramètres sur un graphique pour  savoir où se trouve les lymphocytes, monocytes… Souvent, les CSH se trouvent en bas à  gauche. 

4) Rajout de l'intensité de fluorescence (Ac couplé aux fluorochromes) pour aller + loin.

- FITC qui sera du vert 

- PE qui sera du jaune 

- ECD qui sera orange 

- PC5 qui sera rouge

5) Repassent devant le laser, la machine peut reconnaitre  et séparer les cellules. On aura alors ce genre de graphique : 

On remarque alors qu’aucune cellule n’a réagi à  

l’anticorps A+B+ 

Difficulté de caractérisation

Les cellules souches hématopoïétiques (CSH) sont très rares et ne possèdent pas de marqueur spécifique unique.

Cela rend leur identification et purification difficiles.

Approche utilisée : le marqueur Lin⁻

Pour isoler les cellules souches :

• On utilise le marqueur Lin (pour “Lineage”), qui correspond à l’ensemble des marqueurs exprimés par les cellules déjà engagées dans une lignée :
• Lignée B (CD19, CD20…)
• Lignée T (CD3, CD4, CD8…)
• Lignée NK (CD56…)
• Lignées myéloïdes (CD11b, Gr-1…)

Les cellules souches sont Lin⁻, c’est-à-dire n’expriment aucun marqueur de lignée différenciée.

Étapes :

1. On fait réagir les cellules avec un pool d’anticorps reconnaissant ces marqueurs de lignée.
2. Ces anticorps sont couplés à des particules de fer.
3. On passe ensuite le mélange dans un champ magnétique :

• Les cellules ayant réagi (donc différenciées) sont attirées et éliminées.
• Les cellules Lin⁻ (donc CSH potentielles) restent libres.

4.On peut répéter l’opération pour purifier davantage.

Autres marqueurs utilisés

Pour mieux distinguer les sous-populations de cellules souches, on associe d’autres marqueurs de surface :

• CD34⁺ : exprimé sur les CSH et progéniteurs immatures, mais pas uniquement (→ pas suffisant seul).
• c-Kit (CD117) : récepteur du SCF (Stem Cell Factor), marqueur des cellules souches/progénitrices.
• Sca-1 : marqueur murin des cellules souches.

Chez la souris, la combinaison Lin⁻, Sca-1⁺⁺, c-Kit⁺⁺ définit la population LSK = cellules souches hématopoïétiques enrichies.

=> Chez l’Homme, les marqueurs diffèrent un peu mais le principe reste le même.

Difficulté expérimentale

• Les CSH sont très difficiles à cultiver : elles ont besoin d’un environnement particulier (niche, signaux spécifiques, cytokines).
• Il est difficile de maintenir leur état indifférencié en culture (elles ont tendance à se différencier).

Une fois les CSH purifiées, on cherche à prouver leurs fonctions :

1. Auto-renouvellement
2. Multipotence (capacité à donner différents types cellulaires)

Expériences in vitro

a) Essai clonogénique (1966) = CFU

Méthode classique pour tester la multipotence.

-On cultive les CSH dans un milieu semi-solide (méthylcellulose) contenant :

• du sérum
• des cytokines (facteurs de croissance)

-Incubation : 7 à 10 jours, à 37°C, 5% de CO₂.

On observe la formation de colonies :

• Colonies granulo-macrophagiques (GM)
• Colonies mégacaryocytaires
• Colonies mixtes (plusieurs lignées → preuve de multipotence)

→ Chaque colonie dérive d’une seule cellule souche, ce qui prouve qu’elle est capable de se différencier selon les signaux reçus = CFU = Colony-Forming Unit

b) Essais à long terme (1983) = LTC-IC assay

• Objectif : vérifier si les CSH peuvent initier des colonies à long terme (auto-renouvellement durable).

On cultive les CSH dans un milieu liquide, sur un tapis de cellules stromales (qui soutiennent et nourrissent les CSH).

• Résultat : on observe la formation progressive de lignées variées, confirmant l’existence de sous-populations (totipotentes, multipotentes, restreintes). Il existe bien des CS long term restant H24 dans l'organisme

---------------------------------------------------------------------------

Expériences in vivo

a) Contexte historique

Après Hiroshima et Nagasaki, on a observé chez les survivants une aplasie de la moelle osseuse:

• Anémies sévères
• Infections récurrentes (défaut immunitaire)
• Hémorragies (défaut plaquettaire)

Ces observations ont conduit les chercheurs à :

-Étudier la radiobiologie de la moelle osseuse (effets des irradiations sur les CSH),

-Mettre en évidence le rôle essentiel des CSH dans la régénération du sang,

-Développer des modèles animaux (souris irradiées puis greffées de moelle saine),

=> Ce qui a abouti à la découverte du principe des greffes de moelle osseuse, utilisées aujourd’hui en hématologie

ils ont mis au point des modèles de souris immunodéprimées et irradiées, afin de tester la capacité de reconstitution de la moelle osseuse.

Principe général des modèles in vivo

• On purifie les CSH (grâce à des anticorps monoclonaux et au tri cellulaire).
• On irradie les souris receveuses pour détruire leur moelle osseuse (donc supprimer leurs propres CSH).
• On injecte des CSH provenant d’un donneur (souris ou humain).
• Après 4 à 6 mois, on vérifie si l’hématopoïèse (production de toutes les lignées sanguines) a été restaurée.

Si oui → cela prouve que les cellules injectées étaient de vraies CSH (multipotentes et capables d’auto-renouvellement durable).

--------------------------------------------------------------------------------------------

Détail des grandes études historiques

• 1ère étude – Reconstitution hématopoïétique chez la souris

But : prouver qu’une moelle osseuse injectée peut restaurer une hématopoïèse complète.

Méthode :

• Souris receveuses irradiées fortement (moelle détruite).
• Injection de moelle osseuse normale purifiée.
• Observation pendant 4 à 6 mois.

Résultat :

→ Reconstitution complète et durable de l’hématopoïèse (globules rouges, blancs et plaquettes).

Prouve l’existence de cellules capables de reformer tout le système hématopoïétique = les CSH.

• 2ème étude – 1961 : expérience de Till et McCulloch

C’est une expérience fondatrice de la biologie des CSH.

Principe :

• Injection de moelle osseuse de souris donneuse dans une souris irradiée.
• Observation de nodules clonaux (petites colonies) sur la rate de la souris receveuse.

Résultats :

• Chaque nodule (= colony-forming unit–spleen, CFU-S) provenait d’une seule cellule souche.
• En reprenant les cellules d’un nodule et en les réinjectant dans une nouvelle souris irradiée, on reconstituait à nouveau l’hématopoïèse.

Cette expérience a démontré l’existence de CSH capables d’auto-renouvellement et de multipotence.

• 3ème étude – Mise en évidence des LT-HSC et ST-HSC

Objectif : identifier différentes sous-populations de CSH selon leur durée de vie.

Méthode :

• Utilisation de souris transgéniques exprimant la GFP (Green Fluorescent Protein).
• Purification des CSH (CD34⁺ et autres marqueurs spécifiques).
• Réinjection dans une souris irradiée.

Résultat :

• Les CSH “vertes” ont permis de reconstituer tous les lignages sanguins → preuve de multipotence.
• En variant les sous-populations injectées, on distingue :
• LT-HSC (Long-Term) : reconstitution durable, auto-renouvellement sur le long terme.
• ST-HSC (Short-Term) : reconstitution temporaire, ne s’auto-renouvellent pas longtemps.
• Progéniteurs : différenciation rapide, peu ou pas d’auto-renouvellement.

• 4ème étude – Reconstitution capacity (chimérisme)

But : comparer la capacité reconstitutive de différentes moelles osseuses ou CSH.

Méthode :

• Mélange de deux populations de CSH :
• Une normale (référence).
• Une modifiée (maladie, irradiation, manipulation génétique…).
• Injection dans une souris receveuse irradiée.
• Attente de 4 mois, puis analyse du chimérisme (proportion des deux types de cellules dans la moelle, le sang et la rate).

Comment mesurer le chimérisme ?

→ Grâce au marqueur CD45, qui existe sous deux isoformes :

• CD45.1 (lignée A)
• CD45.2 (lignée B)

Résultats possibles :

• Chimérisme 50/50 : les deux lignées colonisent également la moelle.
• Domination d’une lignée : celle-ci est plus proliférative ou compétitive.
• Domination de la lignée malade : indique une moelle anormale envahissante (comme dans certains cancers).

• 5ème étude – Greffe interespèce (xénogreffe)

But : vérifier si les CSH humaines peuvent fonctionner dans un modèle animal.

Méthode :

• Souris immunodéprimées (pas de rejet possible) + irradiation sub-létale.
• Injection de CSH humaines.
• Détection des cellules humaines par CD45 (isoforme humaine) via cytométrie en flux.

Résultat :

→ Présence d’un chimérisme humain dans la moelle, la rate et le sang des souris.

Prouve que les CSH humaines peuvent s’implanter et fonctionner dans un modèle murin.

• 6ème étude – Vieillissement et expression génique

Objectif : comparer l’activité des CSH jeunes vs âgées.

Méthode :

• Purification des CSH chez des souris jeunes et âgées.
• Étude des ARN exprimés (profils transcriptionnels).
• Injection dans des souris receveuses pour observer leur comportement.

Résultats :

• Les souris âgées possèdent plus de LT-HSC mais moins actives (ralentissement de la division et de la différenciation).
• Les CSH jeunes sont plus dynamiques et équilibrées.
• L’auto-renouvellement reste néanmoins possible même après plusieurs générations (preuve de longévité des CSH).

1. Quiescence = 90 % des CS 

Ex : Le traitement par chimiothérapie cible les cellules qui prolifèrent. Cependant si une CS leucémique dort et qu’elle reçoit le traitement par chimiothérapie, elle va être guérie à un  moment mais il y va y avoir un phénomène de rechute car à un moment donné cette cellule va  retourner en cycle et reproduire des progéniteurs malades. 

9 

2. Migration et différenciation  

Les signaux permettent de déterminer leur devenir et leur localisation

1. Signaux extracellulaires :

Protéines d’adhésion (intégrines) qui reconnaissent + activent d’autres cellules/ pores spés => font rentrer certaines substances (hormones, cytokines, chimiokines, etc) => signaux au noyau + Rmb

2.Les récepteurs membranaires permettent à la cellule de comprendre l’environnement qui l’entoure.

=> transduction d’un signal => activent des kinases => phosphorylent des protéines=> activer facteurs de transcriptions

=>reconnaissent des gènes spécifiques (activés ou non)

3.Adhésions cellule-cellule : signaux de transduction (phosphorylation).

=> Dans le cas de l’hormone = pores spés transporte via diffusions passives au travers de la mb => Golgi ou du RE pour que la cellule s’en débarrasse ou au niveau du  noyau

+ Rnucléaires => activer programmes spés de transcription.  

Les CSH ne vivent pas au même endroit. L’hématopoïèse ne se déroule pas au même endroit  tout au long de la vie. Les  CS sont donc capables de migrer suivant la temporalité à différents endroits. Chez l’adulte les CS se trouvent dans l’os et plus précisément dans la niche endostéale.  

1. La MO adulte  

• Localisation CS adultes = logettes hématopoïétiques se trouvant dans la cavité de l’os (région endostéale).
• En // des logettes = sang + cellules mésenchymateuses => rôle important pour le développement + homéostasie de la MO pour aider les CS à se différencier. 

2. Rôle du micro-environnement 

Cellules envoyant aux CSH des signaux dans la MO:

• ostéoblastes, ostéoclastes
• adipocytes
• mégacaryocytes
• cellules de Schwann

Le stroma (= tissu soutien médullaire):

• cellules stromales
• adipocytes
• F de croissance
• cellules de l’os
• matrice avec des composants fibrillaires ou non très importants.

=> Niches vasculaires = CS qui au contact du sang, vont s’activer = donnent naissance à différents lignages.

=> Niches endostéales = ostéoblastes = plutôt quiescentes. CS a besoin d’adhérer à des protéines produites par les ostéoblastes pour  être quiescentes. 

• Maladie dans les niches HP : Cellules souches leucémiques  

Les CSLeuc. peuvent :

• détourner leur environnement médullaire à leur profit
• produire certaines intégrines = protéines permettant aux cellules de se coller les  unes aux autres

=> Expriment fortement les intégrines pour pouvoir prendre la place des CSH normales = compétition

En réaction les CSH :

• vont augmenter l'expression + cibler l'intégrine VLA-4 => empêchent que les CSL se nichent trop dans MO

Les CS expriment beaucoup de molécules d’intégration. Mais les CS normales et CS  leucémiques ne vont pas exprimer le même genre de protéine à leur surface ce qui permet aux  CS leucémiques de prendre la place des CS normales 

• Rôle des ostéoblastes dans la niche  

Ils utilisent une chimiokine à l’intermédiaire de son récepteur CXCR4

Expérience pour compter le nb de CS dans MO :

• Traitement par un facteur de stimulation stressant la MO

=> Prod chimiokines = SDF 1

=> Perte des CS dans la MO => passer dans le sang = façon de mobiliser les CSH.  

=> Active les ostéoclastes => augmente l’expression de la protéine SDF-1 => inhibe les ostéoblastes

=> Mobilise les CSH + progéniteurs pour aider à résoudre un problème au niveau du corps

Fait parfois dans certaines maladies : ttt avec certaines  chimiothérapies puis mobilisation des CS pour une reprise de l’hématopoïèse  après éradication de la maladie.

Un système dynamique

La moelle osseuse n’est pas un compartiment fixe :

Les cellules souches hématopoïétiques (CSH) y sont très mobiles (“hypra-mobiles”).

Elles se déplacent continuellement pour chercher le meilleur micro-environnement (“niche”) où s’installer.

Expérience de visualisation

• On purifie les CSH d’une souris.
• On introduit dans ces cellules un gène “Tomato” (fluorescent rouge).
• On les réinjecte dans la cavité osseuse d’une souris vivante.
• Grâce à la microscopie intravitale, on observe :

Les CSH se déplacent activement dans la moelle et choisissent leur “endroit idéal” pour s’implanter.

Preuve que les CSH sont dynamiques, migrantes, et qu’elles répondent à des signaux locaux précis.

Deux niches hématopoïétiques principales

La moelle osseuse contient deux grands types de niches où les CSH se localisent selon leur état fonctionnel :

1. Niche endostéale = niche de stockage

• Située à proximité des ostéoblastes (cellules de la paroi osseuse).
• Les CSH y sont quiescentes (en G₀ du cycle cellulaire).
• Elles interagissent fortement avec leur environnement grâce à :
• CXCR4, un récepteur présent sur les CSH,
• et son ligand CXCL12 (ou SDF-1), produit par les cellules de la moelle.
• D’autres molécules d’adhésion maintiennent les CSH “ancrées” :
• VCAM-1 (ligand) et intégrines (récepteurs d’adhésion sur la CSH),
• P-selectin (molécule d’interaction cellulaire).

Rôle :

• Maintenir les CSH au repos, protégées, dans un environnement favorable à la survie et à l’auto-renouvellement.
• Lorsque le signal approprié arrive (ex. stress, infection, besoin en cellules sanguines), certaines CSH sortent de cette niche et migrent vers la niche vasculaire.

2. Niche vasculaire = niche de reproduction

• Située autour des capillaires sanguins de la moelle osseuse.
• Les CSH y sont plus actives :
• Elles reprennent leur cycle cellulaire,
• se renouvellent partiellement,
• et commencent à se différencier vers les lignées sanguines.
• C’est là que les CSH peuvent quitter la moelle et passer dans la circulation sanguine.

Rôle :

• Permettre le recrutement, la prolifération et la différenciation des CSH.
• Sert de pont entre la moelle et le sang.

Conclusion : un équilibre finement régulé

Les CSH alternent entre deux états :

• Repos (quiescence) → niche endostéale → maintien du stock de CSH.
• Activation / différenciation → niche vasculaire → production des cellules sanguines matures.

Ce modèle explique la régénération continue du sang tout au long de la vie, et permet aussi d’optimiser la culture des CSH in vitro (en recréant les conditions de la niche mésenchymateuse).

1. Pourquoi passer du modèle animal au modèle in vitro ?

Les études chez la souris ont permis de grandes avancées, mais elles présentent :

• des contraintes éthiques (autorisation du comité d’éthique, conditions d’hébergement),
• des contraintes économiques (coût élevé, logistique),
• et une complexité expérimentale importante.

Les chercheurs ont donc voulu reproduire les niches hématopoïétiques en laboratoire, grâce à des modèles artificiels : les organoïdes de moelle osseuse .

2. Création d’une moelle osseuse artificielle : les organoïdes

Principe :

• On mélange plusieurs types de cellules :
• des CSH (cellules souches hématopoïétiques),
• des CS mésenchymateuses (CSM) — capables de donner de l’os ou du tissu adipeux,
• parfois des cellules de patients (humaines).

Ces cellules sont mises ensemble dans un milieu de culture minimal, avec peu de cytokines, juste assez pour assurer leur survie.

Comportement observé :

• Le milieu est polarisé, favorisant les contacts entre les cellules.
• Les cellules s’organisent spontanément : elles se touchent, échangent des signaux, s’envoient des cytokines.
• En 10 jours d’incubation, elles forment une mini-structure organisée, semblable à une moelle osseuse :
• un organoïde (ou “ossicule”).

Observation :

• À l’aide de marqueurs spécifiques :
• Ostéocalcine → indique la présence de cellules ostéoblastiques (os).
• Marqueurs adipeux → indiquent la différenciation adipocytaire.
• On observe un micro-environnement 3D où :
• Les CSH sont au centre,
• Les CS mésenchymateuses s’organisent autour et se différencient,
• Le tout forme une “niche artificielle”, fonctionnelle, uniquement grâce à la communication intercellulaire.

Conclusion : les cellules mésenchymateuses sont indispensables à la formation, à la structuration et au maintien des CSH, même en l’absence de signaux externes importants.

3. Effet de la pollution sur la moelle osseuse

Exemple étudié : le benzène

• Le benzène (gaz toxique contenu dans l’essence) est une molécule inerte au départ.
• Une fois métabolisé dans l’organisme, notamment par la myéloperoxydase, il devient benzoquinone, un métabolite hautement réactif.
• Ce métabolite se fixe sur les protéines et altère fortement la moelle osseuse, provoquant :
• une aplasie médullaire,
• des anémies,
• voire des leucémies.

Expérience :

• Les organoïdes de moelle osseuse sont exposés à des polluants (comme la benzoquinone).
• Résultat :
• L’organoïde devient désorganisé.
• La différenciation cellulaire diminue fortement.
• Les interactions entre CSH et CSM sont perturbées.

Conséquence épigénétique :

• Les analyses des profils épigénétiques (état d’ouverture/fermeture de la chromatine) montrent :
• Des modifications importantes du génome.
• Des changements dans les gènes exprimés.
• Une altération durable des programmes de différenciation.

Ces résultats prouvent que la pollution peut agir indirectement, via des effets épigénétiques sur les cellules de la moelle osseuse.

4. Étude du dialogue intercellulaire et de la régulation génétique

Les organoïdes permettent aussi de modifier génétiquement les cellules :

• On peut éditer les gènes des CSH ou des CSM avec des ciseaux moléculaires (CRISPR-Cas9) :
• pour supprimer un gène,
• pour insérer un gène,
• ou pour corriger une mutation.

Exemple :

• On identifie des biomarqueurs (gènes cibles) impliqués dans la réponse aux polluants.
• On supprime un de ces gènes dans la CSH.
• On observe alors une réactivation de programmes transcriptionnels différents :
• Certains gènes “éteints” se rallument.
• La structure de la chromatine se réorganise.
• Les profils de différenciation changent.

Cela montre que les interactions entre CSH et CSM sont essentielles pour le contrôle épigénétique du génome et pour maintenir l’équilibre entre :

• auto-renouvellement,
• différenciation,
• et réponse à l’environnement.

Propriétés des cellules souches hématopoïétiques (CSH)

Elles assurent la formation continue du sang tout au long de la vie et possèdent quatre grandes propriétés fondamentales :

1. Migration contrôlée

→ Les CSH savent se déplacer (ou « migrer ») vers les endroits où elles doivent être actives, par exemple lors d’une greffe ou d’une réparation tissulaire.

=> Cela se fait grâce à des signaux chimiques (chimiokines, récepteurs comme CXCR4).

2.Quiescence (sommeil)

→ Les CSH peuvent s’endormir temporairement pour éviter l’épuisement.

=> Ce mécanisme protège le stock de cellules souches tout au long de la vie.

3.Différenciation

→ Lorsqu’elles sont activées, les CSH peuvent se différencier en toutes les cellules sanguines :

• globules rouges,
• plaquettes,
• globules blancs (lymphocytes, granulocytes, monocytes…).

4.Autorénouvellement

→ Elles peuvent aussi se diviser pour redonner une cellule souche identique à elle-même, assurant la pérennité du système hématopoïétique.

CSH et leur niche dans la moelle osseuse

Les CSH ne vivent pas seules : elles résident dans un microenvironnement spécialisé appelé niche hématopoïétique fournissant des signaux contrôlant:

• leur quiescence (repos),
• leur activation (entrée en cycle),
• leur différenciation ou leur autorénouvellement.

1. La niche ostéoblastique (ou endostéale)

• Située à proximité des ostéoblastes (cellules formant l’os).
• Les CSH y sont quiescentes, « endormies ».
• Rôle : stockage et protection des CSH à long terme (« long-term CSH »).

2.La niche vasculaire

• Localisée près des capillaires sanguins de la moelle osseuse.
• Les CSH y sont plus actives et peuvent se diviser ou se différencier.
• Rôle : production et libération des cellules sanguines dans la circulation.

Interactions et molécules importantes :

• CXCR4 / CXCL12 (SDF-1) : attirent les CSH dans la niche.
• P-Selectin et VCAM-1 : assurent l’adhésion entre CSH et cellules de la niche.
• Les cellules mésenchymateuses jouent un rôle clé dans le maintien et la communication avec les CSH.

Différentes niches pour différentes cellules souches

Ce concept de niche ne se limite pas à la moelle osseuse. Chaque type de cellule souche dans l’organisme possède sa propre niche anatomique :

CSH et phénotypage de l'HP

A. Modèle classique de l’hématopoïèse

Traditionnellement, on représente l’hématopoïèse (formation des cellules du sang) sous la forme d’une pyramide :

• Au sommet : la cellule souche hématopoïétique (CSH), capable de s’autorenouveler et de se différencier.
• Puis viennent les progéniteurs multipotents (encore un peu plastiques).
• Ensuite, les progéniteurs engagés, spécialisés vers une lignée (myéloïde, lymphoïde, érythroïde…).
• Enfin, les cellules matures : globules rouges, plaquettes, lymphocytes, macrophages, etc.

Ce modèle impliquait donc une différenciation progressive et hiérarchisée, chaque étape étant plus engagée que la précédente.

B. Modèle révisé : l’hématopoïèse n’est pas strictement pyramidale

À partir de 2009, des découvertes ont remis en cause ce modèle rigide :

• Certaines CSH peuvent se différencier directement en certaines cellules, sans passer par tous les stades intermédiaires (par exemple directement en cellules T).
• On a découvert que les CSH ne sont pas toutes identiques :
• ➤ elles forment une population hétérogène, avec des comportements différents selon :
• leur environnement,
• leur niveau de stress,
• leur état métabolique,
• ou leur expérience (division, inflammation, etc.).

Grâce à la cytométrie en flux multiparamétrique (capable de marquer des dizaines de protéines simultanément), on peut observer cette diversité fonctionnelle.

C. L’expérience des CSH “arc-en-ciel”

Des chercheurs ont :

1. Pris de la moelle osseuse normale.
2. Purifié les CSH.
3. Marqué chaque cellule avec un code fluorescent différent.

Résultat : quand on observe la différenciation, on ne voit pas une pyramide mais un “arc-en-ciel” de trajectoires différentes.

Chaque CSH a son propre destin, sa propre programmation épigénétique (modifications chimiques de l’ADN qui influencent l’expression des gènes).

Conclusion :

• Le modèle de différenciation est plastique et non linéaire.
• Les CSH possèdent une programmation flexible leur permettant de générer différents types de cellules selon les signaux reçus.

Intérêt thérapeutique des CSH

Les CSH sont très utilisées en médecine, notamment en hématologie et médecine régénérative.

A. Greffes de moelle osseuse

Les transplantations de CSH (autogreffe ou allogreffe) sont utilisées pour :

• Remplacer un système hématopoïétique défaillant (ex : après chimiothérapie, leucémie, aplasie médullaire).
• Reconstruire le système immunitaire.

Une fois injectées dans la circulation, les CSH migrent naturellement vers la moelle osseuse du receveur grâce à des récepteurs comme CXCR4, puis repeuplent le compartiment hématopoïétique.

B. Thérapie génique et édition du génome

Grâce aux technologies modernes (comme CRISPR-Cas9), on peut :

• Prélever des CSH d’un patient malade,
• Corriger le gène défectueux en laboratoire,
• Puis réinjecter ces cellules corrigées.

Cela permet de traiter des maladies génétiques comme :

• Les immunodéficiences congénitales,
• Certaines anémies (drépanocytose, thalassémie),
• Ou même des cancers du sang (leucémies, lymphomes).

Intérêt des cellules souches pluripotentes induites (iPS)

A. Découverte de Yamanaka (2006)

Le chercheur japonais Shinya Yamanaka a découvert qu’on pouvait :

• Prendre n’importe quelle cellule différenciée (ex : une cellule de peau),
• Lui introduire quatre facteurs de transcription (Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc),
• Et ainsi la reprogrammer en cellule souche pluripotente induite (iPS).

Ces iPS ressemblent fortement aux cellules souches embryonnaires, capables de redonner tous les types cellulaires du corps humain.

B. Applications thérapeutiques

Les iPS ouvrent la voie à une médecine personnalisée et régénérative :

• On peut créer des cellules spécifiques à chaque patient (donc sans rejet immunitaire).
• On peut recréer un tissu malade pour le tester in vitro (ex : cardiomyopathies, maladies du foie).
• On peut produire de nouvelles cellules pour remplacer un tissu endommagé (ex : cœur, pancréas, neurones…).

Exemple :

À partir d’un simple cheveu, on peut obtenir des iPS, les différencier en cellules cardiaques et les réimplanter dans le cœur d’un patient après infarctus.

Ces manipulations nécessitent un environnement de culture extrêmement stérile et contrôlé pour éviter les contaminations.