Chap 6 : Les différenciations

cellulaires Exemple du neurone

Introduction : • Le corps humain est composé de 1013 à 1014 cellules animales de

plus de 200 types différents

• Chaque tissu et chaque organe du corps humain se

composent de cellules distinctes : les cellules de la peau, par

exemple, sont différentes de celles du cœur.

• Renouvellement : 20 milliards / jour

• Il est impossible de transférer une cellule d'un tissu ou d'un

organe à un autre.

• Cependant, toutes les cellules ont une chose en commun :

elles proviennent toutes d'une source cellulaire unique.

Nombres de cellules 6 1013 = 60 000 milliards

dont, dans le sang 3 1013 = 20 000 milliards

et dans le cerveau 1 1011 = 100 milliards

Bébé à la naissance 2,6 1010 = 26 milliards

Au début du développement de l'organisme, les cellules peuvent devenir n'importe quel type de tissu ou d'organe, c'est-à-dire qu'elles ne sont pas encore spécialisées. Ces cellules d'origine s'appellent cellules souches. Les cellules souches ont deux caractéristiques importantes qui les différencient des autres types de cellules.

Elles ne sont pas spécialisées et se renouvellent pendant de longues périodes par division

cellulaire.

Ensuite, lorsqu'elles reçoivent des signaux biochimiques, elles peuvent se différencier. Cela signifie qu'elles peuvent se diviser et devenir des cellules qui ont des fonctions spéciales.

1) Cellules souches

I/ Cellules souches et Différenciation

Une cellule souche est une cellule capable de : • Se diviser de très nombreuses fois (en présence de signaux corrects), • Se renouveler (maintien d’une population de réserve) • De donner naissance à des cellules spécialisées (qui accomplissent

leur fonction et meurent)

Auto-renouvellement = multiplication sans différenciation permettant de maintenir intact un pool de cellules souches primitives (réserve).

Différenciation =

possibilité pour une cellule souche, sous l’influence de facteurs cellulaires ou solubles, de se diviser en s’engageant de façon irréversible, vers une ou plusieurs lignées.

La cellule perd alors sa totipotence pour devenir une cellule souche engagée.

2) Nature de cellules souches

• Les cellules souches embryonnaires,

• Les cellules souches adultes ou somatiques (se trouvent

dans le fœtus, chez l'enfant et chez l'adulte)

Ces cellules «adultes» existent dans un grand nombre de

tissus humain, comme le sang, le cerveau, les intestins, la

peau et les muscles. Elles sont responsables de la réparation

et de la régénération dans l'organisme.

• Les cellules souches germinales (spermatogonies et

ovogonies pour la production des gamètes spermatozoïde et

ovocyte).

3) Types fonctionnels de cellules souches

Cellule souche totipotente = zygote et un peu plus (J4) peut potentiellement donner naissance à un individu complet. Chacune des 8 premières cellules de l’œuf fécondé est totipotente. (individu + annexes) Cellule souche pluripotente = embryon (adultes induites) peut être à l’origine de presque tous les types cellulaires, mais ne peuvent pas, à elles seules, donner naissance à un fœtus entier. Cellule multipotente = est à l’origine d’un nombre restreint de cellules, par exemple les cellules souches de la moelle osseuse sont à l’origine de toutes les cellules sanguines : globules rouges, globules blancs.... On les trouve en très faible quantité dans les tissus adultes.

Cellule unipotente = est une cellule qui ne peut être à l’origine que d’un seul type cellulaire. Par exemple : les hépatocytes, les kératinocytes, les myoblastes. Une fois différenciées, ces cellules conservent une capacité d’autorenouvellement.

Carte des territoires présomptifs d'un embryon d'amphibien au stade jeune gastrula.

• Le neuroderme donnera l'ensemble des structures nerveuses.

• L'ectoderme donnera les structures épidermiques (peau, etc.).

• Le mésoderme donnera essentiellement les tissus musculaires, les reins.

• L'endoderme sera à l'origine du tube digestif et des glandes annexes (foie, poumons...).

4) Du zygote à l’embryon Zygote = cellule issue de la fécondation, à l’origine de toutes les cellules de l’individu,

cellule souche par excellence, totipotente Au cours de l'embryogenèse, ce zygote se divise pour donner un grand nombre de

cellules souches pluripotentes. Il existe ensuite une étape très particulière que l'on appelle gastrulation. C'est à ce

moment que les cellules souches embryonnaires, alors pluripotentes, deviennent multipotentes, et sont irréversiblement programmées pour devenir les cellules fondatrices de certains tissus et organes

5) Cellules souches adultes = multipotentes ou unipotentes

En résumé

6) Définition de la différenciation • C'est la formation de types cellulaires spécialisés à partir d'une cellule

souche. • C'est l'acquisition: ➢ D'une fonction spécialisée et définitive ➢ D'une morphologie spécialisée et définitive

Plus les cellules deviennent différenciées, plus la palette de gènes exprimés devient restreinte.

Caractéristiques : • L'état de différenciation est généralement irréversible et inconvertible.

• Une cellule différenciée ne se divise plus.

7) maturation et spécialisation

Une cellule différenciée s’est engagée dans une voie, elle subit alors des transformations qui vont la rendre capable de jouer son rôle, c’est la maturation (production de protéines particulières, changements morphologiques…)

Au terme de ce processus la cellule est dite spécialisée.

Exemple de la différenciation des cellules épidermiques

Et en anglais…

Exemple de la muqueuse intestinale

8) Contrôle de la différenciation

signaux biochimiques :

Lors de l’embryogénèse les signaux biochimiques envoyés dans

différentes parties de l'organisme incitent les cellules souches à se

transformer en cellules du type spécifiquement requis à cet endroit La différenciation est induite par :

• des signaux extérieurs • et/ou par un programme de détermination interne

L'identification des signaux qui déclenchent la différenciation cellulaire est un des grands défis de la biologie des cellules souches car ils permettraient de faire évoluer certains types de cellules souches adultes en cellules d'un autre tissu (par exemple, des cellules souches de la peau pouvant se différencier en cellules du foie !).

animation

Pour aller plus loin : Utilisation des cellules souches

L'utilisation des cellules souches adultes permettrait également de réduire la possibilité de rejet lors de transplantation parce que le patient pourrait recevoir une transplantation de ses propres cellules souches.

CELLULES SOUCHES EN THÉRAPEUTIQUE

• Transplantations cellulaires (cellules souches adultes): auto-greffes de cellules souches hématopoiétiques dans le cas de leucémies, de cellules souches épithéliales chez les grands brûlés.

• Essais de transplantation de cellules neurales pour les parkinsoniens.

• Thérapie génique (introduction et expression des gènes recombinants dans les cellules somatiques)

• Reprogrammation cellulaire pour obtenir des cellules souches.

Beaucoup de questions éthiques autour du prélèvement des cellules souches embryonnaires….

Rq : Une anomalie lors du processus de différenciation peut être à l’origine de tumeurs

Réparation tissulaire et renouvellement des cellules souches: mécanisme hautement régulée mais pouvant échapper aux systèmes de contrôle et conduire à la Formation de cellules souches tumorales. Ex : leucémie (modifications génétiques de la cellule souche tumorale: activation des oncogènes et mutation dans les anti-oncogénes.) Voir UE oncologie

1) Structure du tissu nerveux

Neurones et cellules gliales

II/ Exemple de cellules différenciées : les cellules nerveuses

2) neurone

Schéma d’un motoneurone

Les nombreux prolongements cytoplasmiques (dendrites et axone) permettent de créer un réseau de communication

Neurone pyramidal cortical

3) Les Cellules gliales

Astrocyte : nourricier

La gaine de myéline est un enroulement de la membrane d’une cellule gliale

Oligodendrocyte : gaine de myéline dans SNC

Cellule de Schwann : gaine de myéline dans SNP

Cellules de Schwann

et myéline

(Système immunitaire)

exercice

4) Le Message nerveux

4.1. Le potentiel membranaire de repos

• Répartition des ions, canaux…

4.2.Le potentiel d’action

production du PA: canaux ioniques voltage dépendants

Puis retour à la normale par

5) Les nerfs

6) Communication neuronale : les synapses

La synapse se situe à l’extrémité terminale de l’axone et permet au neurone de communiquer avec :

• Un autre neurone (corps cellulaire, dendrite ou axone)

• Une cellule musculaire (via la jonction neuromusculaire) pour provoquer sa contraction

• Une cellule glandulaire pour induire une sécrétion

animation

Les étapes du fonctionnement de la synapse chimique

• Arrivée du PA ouverture canaux

• Entrée Ca2+ dans synapse exocytose des vésicules contenant Neurotransmetteur (NT)

• NT se lient aux Récepteurs post-synaptiques

ouverture canaux ioniques

• Création d’un potentiel sur la cellule post-synaptique

• Mécanisme de cessation de l’effet du NT Dégradation du NT par enzymes (acétylcholinestérase)

Retrait du NT par recaptage (noradrénaline)

Diffusion vers l’extérieur de la fente

Exemple de la jonction

neuromusculaire,(jnm)

avec NT = Acétylcholine

Introduction Une cellule interagit avec son environnement et chez les êtres pluricellulaire doit être coordonnée à ses voisines, ceci grâce à signaux des auxquelles la cellule répond via des récepteurs Ces signaux contrôlent :

- la prolifération cellulaire - la différentiation cellulaire - la mort cellulaire programmée (apoptose) - l’activité de la cellule (sécrétion, contraction…)

III/ La communication intercellulaire

Une cellule cancéreuse est caractérisée par sa capacité à ne plus

communiquer avec son environnement:

• Échappe aux mécanismes de contrôle de la prolifération cellulaire

• Perte de ses capacités d’adhérence aux autres cellules.

sécrétion de substances chimiques dans le milieu intérieur signal

à distance +/- longue

Système nerveux via neurone et synapse pour cellules effectrices

musculaire, nerveuse ou glandulaire

jonctions type « gap » cytoplasme communiquant, échanges direct

de molécules informatives, signaux électriques

III.1.Modes de communication cellulaires

Comparaison… Câblage / ubiquité Rapidité / long terme

Si les cellules sont jointives, la communication cellulaire peut se

faire par les jonctions communicantes (jonctions GAP).

Celles-ci assurent un couplage métabolique et un couplage électrique

entre les cellules.

Dans les autres cas, pour communiquer les cellules utilisent:

• des signaux = molécules informatives

• des moyens de réception = récepteurs

• des moyens de transduction = protéines de signalisation intracellulaire

(processus de conversion d’un signal externe en signal interne compréhensible

par la cellule = transduction du signal)

Une molécule informative est une molécule libérée par une cellule A qui interagit

spécifiquement avec une structure appelée récepteur sur la membrane d’une

autre cellule B

La molécule informative est souvent appelée « premier messager »

Du point de vue chimique les molécules informatives se répartissent en:

• Molécules hydrophiles (ne traversent pas la membrane)

• Molécules liposolubles (traversent la membrane)

• Membranaire : en surface de la cellule pour hormones peptidiques ou neurotransmetteurs R canal (ionotrope) R avec activité enzymatique Tyrosine

kinase, R avec second messager (ex : AMPc)

(métabotrope)

• Intracellulaire, pour hormones stéroïdes avec translocation intranucléaire (facteur de transcription) par ex par les hormones stéroïdes qui règlent la transcription des gènes en se fixant sur des séquences ADN spécifiques

III.2. Les Récepteurs cellulaires

R hormones stéroïdes, facteur de transcription

Récepteur intracellulaire

Les différents types de récepteurs de surface

Récepteur Enzyme = tyrosine kinase (insuline, cytokines, facteurs de croissances,,,)

a | In the absence of ligand, the tyrosine kinase domain (red) of a receptor tyrosine kinase is maintained in a basal, low-activity state through the inhibitory interactions of the juxtamembrane region (orange) and/or the carboxy-terminal tail (blue) with the kinase domain. In addition, the activation segment (yellow) is not optimally positioned for catalysis. b | After ligand (pink)-mediated dimerization of the extracellular domain (blue), the cytoplasmic domains are juxtaposed, which facilitates the trans phosphorylation of tyrosine residues (shown as circles) in the juxtamembrane region, activation segment and carboxy-terminal tail. c | After phosphorylation and reconfiguration of the inhibitory segments, the kinase domains become fully active (green) and a subset of phosphotyrosines (black spheres) are available as recruitment sites for proteins that contain SRC homology-2 domains or phosphotyrosine-binding domains.

assure une cascade

de signalisation

Les récepteurs avec second messager

Exemple de Second messager : AMPc

Protéine G Adényl cyclase

Exemples:

R canal R couplé à protéine G et second messager AMPc

Schéma bilan