Les BMPs - GEROM Groupe d'Etudes Remodelage Osseux et ... · disponible en pg ou mg après purification +++ protéines recombinantes synthétisées dans cellules transfectées rhBMP

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D. Chappard

GEROM"Remodelage Osseux et bioMatériaux"

Université d’Angers

Les BMPsBone morphogenetic proteins

1949 : Pierre LACROIX

Injection dans les muscles de matrice osseusetraitée par acide et alcool

formation hétérotopique de tissu osseux

= OSTEO-INDUCTION

1965 : Marshall URIST ostéoinduction à partir de poudre d’os déminéralisé (DBM = demineralized bone matrix)implantation en IM

dans l’os déminéralisé, il existe une protéine responsable de la régénération : la BMP

2

1981: REDDI et SAMPATH l’extraction de la poudre d’os déminéralisé par des dénaturants inactivation

évènements ¢ à ceux vus : en embryologie des os

réparation des fractures

Khouri & Reddi, JAMA, 1991

Fin des ’80 : REDDI et SAMPATH

utilisation des techniques d’extraction protéiquesutilisation de la biologie moléculaire

pour trouver les gènes codant les protéines ostéoinductrices

mRNA

protéine

ADN gène

traduction du code génétique

transcription

AACGCATTC…

UUGCGUAAG…

Asp-Ala-Phe …

NAF …

Fin des ’80 : REDDI et SAMPATH ces protéines sont : Bone Morphogenetic Proteins (BMP)

ouOsteogenic Proteins (OP)

BMP-1BMP-2BMP-3 ou osteogeninBMP-4BMP-5BMP-6 BMP-7 ou OP-1

enzyme procollagen-C- protéinase, non BMP

Problèmes de préparation : présentes en faible quantité dans l’osdisponible en pg ou mg après purification +++

protéines recombinantes synthétisées dans cellules transfectées rhBMP

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SEQUENCES D’EVENEMENTS ASSOCIES à BMP ou DBM

1 ) chimiotactisme

2 ) prolifération

3 ) différenciation en cellules ostéoformatrices

DBM : séquence des évènements

Wang, CTI, 1999

J2: Envahissement par vaisseaux sanguins + ¢ souches fibroblastiques


J7 : différenciation en chondrocytes

puis ossification secondaire Schwartz, J. Periodontol., 1996

4


S4 : différenciation en ostéoblastes et apposition osseuse

Schwartz, J. Periodontol., 1996

Caractéristiques d’une BMPappartiennent à la superfamille du TGF-

présent dans toutes les espèces, drosophile, xenope, Caenorhabditis elegans

TGF-45 gènes

BMP15 gènes

schéma d’une protéine de la famille TGF-

C CC CC CC

C CC CC CC

SS

~ 120 acides aminés

38% d’homologie avec le TGF-

2 chaînes riches en cystéines (7)réunies par un pont di-sulfure

5

II

Mécanismes d'action des BMP

BMP récepteur

ADN

BMP

I

P


BMP récepteur

ADN

Smad 1, 5, 8P

co-smad 4

BMP

III

Smad = gène Sma de C. Elegans

gène Mad de drosophile


BMP récepteur

Protéines spécifiques

Smad 1, 5, 8P

co-smad 4

III

6

Mécanismes d'action du TGF-

BMP récepteur


Smad 1, 5, 8P

III

TGF- récepteur

co-smad 4

III

Smad 2, 3P

Smad 2, 3P

TGF-

Rétrocontrole : Mécanismes d'action du TGF-

BMP récepteur


Smad 1, 5, 8P

III

TGF- récepteur

co-smad 4

III

Smad 2, 3P

Smad 6

Smad 7

La famille actuelle des BMP (~ 20 gènes)

BMP-2 BPT-2A ostéoinduction, ostéoblastes, formation coeurBMP-3 osteogenin INHIBE l’ostéogenèse, +++ dans l’os, coeurBMP-3B GDF-10 différenciation ¢, embryo squeletteBMP-4 ostéoinduction, embryo œil, rein, poumonBMP-5 chondrogenèseBMP-6 Vgr-1 ostéoblastes, chondrogenèse, SNCBMP-7 OP-1 ostéoinduction, embryo œil, SNC et reinBMP-8a OP-2 ostéoinduction, spermatogenèseBMP-8b spermatogenèseBMP-9 GDF-2 SNC, embryo du foie, et SRE du foieBMP-10 embryo du coeurBMP-11 GDF-11 developpement mésoblaste, nerveux et dentineBMP-12 GDF-7 tendons, neurones sensorielsBMP-13 GDF-6 formation os et articulationsBMP-14 GDF-5 chondrogenèse, formation os et régénérationBMP-15 développement ovocyte et follicualaireBMP-16 régénération osseuseBMP-17 ?BMP-18 ? (growth differentiation factor)

7

La fibrodysplasie ossifiante progressive (FOP)(maladie de l’homme de pierre)

Prévalence mondiale ̴ 1/2 000 000

Enfants normaux à la naissance (malformation gros orteils)

Enfance : tuméfactions -> hématomes os

La fibrodysplasie ossifiante progressive (FOP)

Cause : mutation activatrice du récepteur des BMPgène ACVR1 (code le récepteur type I de l'activine A

et des BMP)

BMP récepteur *

BMP-2 et morphogenèse des membres

Bourgeon membre supBourgeon membre inf

8

Cape Apicale Epiblastique


STADE PALETTE LISSE


Rayons digitauxSTADE PALETTE PALMEE

J48


9

Doigts

STADE MAIN DEFINITIVE J51



Cape apicale épiblastique

Amélie, phocomélieGreffe de plusieurs CAE

chez les batraciens


10

TGF BMP-2

TGF BMP-2

Transforming Growth Factor Bone Morphogenic Protein


EXPRESSION DE FGF-8

(analogue de BMP-2 chez de poulet)

1

2

43

5

AXE CRANIO CAUDAL

Zone polarisante


11

AXE CRANIO CAUDAL

5

4

43

5

Greffe de ZP


AXE CRANIO CAUDAL

Shh (Sonic Hedgehog)

Sécrétion d’acide rétinoïque = action AUTOCRINE



AXE DORSO VENTRAL Sécrétion de Wnt – 7aépiblaste dorsal

activation du gène LMx1binduisant la différenciation des ongles

12

Shh

TGF βBMP2


AXE DORSO VENTRALSécrétion de Wnt – 7a

épiblaste dorsal

La famille actuelle des BMP (~ 20 gènes)

BMP-2 BPT-2A ostéoinduction, ostéoblastes

BMP-3 osteogenin INHIBE l’ostéogenèse, +++ dans l’os

BMP-3B GDF-10 BMP-4 ostéoinduction, embryo œil et poumon

BMP-5 chondrogenèse

BMP-6 Vgr-1 ostéoblastes, chondrogenèse

BMP-7 OP-1 ostéoinduction, embryo œil et rein

BMP-8 OP-2 ostéoinduction

BMP-9 SNC, embryo du foie, et SRE du foie

BMP-10 embryo du cœur

BMP-11 GDF-8 developpement mésoblaste, nerveux et muscle

BMP-12 GDF-7 tendons

BMP-13 GDF-6 tendons et ligaments

BMP-14 GDF-5 chondrogenèse, tendons et formation os

BMP-15 modifie l’activité FSH

BMP-16 (growth differentiation factor)

initiation de l’ostéogenèse à dose faible (100g/g de matrice osseuse)Reddi, Nat Biotechnol, 1998

initiation de l’ostéolyse à dose forte (1000g/g de collagène)

Ripamonti, Growth Factors, 1996Siggurdsson, J. Periodont. Rest. Dent., 1996

Stockage des BMP

• fixation et immobilisation sur le collagène

• fixation sur l’acide hyaluronique

• fixation sur l’hydroxyapatite

immobilisation sur carriers

• acide polylactique / polyglycolique

• éponges de collagène ….

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utilisations

DBM : Grafton ® (Osteotech)

donneurs dcd, banques d’os USA accréditées par l’American Association of tissue bank et FDA

commercialisé depuis 1991

+ de 450 000 unités implantées aux USA et Europe

coût élevé, résultats autogreffe

utilisations BMP : Osigraft ® (Howmedica Int.)rh OP-1 sur collagène bovin

commercialisé depuis 2001

coût élevé, résultats autogreffe

utilisations

Geesink, JBJS, 1998

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Geesink, JBJS, 1998

Minear, JBMR, 2010

utilisations

utilisations

rhBMP-2 + collègene bovin: Infuse ® (Medtronic)risques d’ostéolyse, inflammation, formation extensive d’os

études cliniques avec 50 fois moins d’effets indésirables

Class action

Carragee, Spine J 11, 471-491, 2011Woo, J. Oral Maxillofac. Surg., 70, 765-767, 2012

utilisations

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les BMPs sont moins actives au cours du vieillissement :

• moins de ¢ souches répondantes

• moins bonne vascularisation

• récepteur aux BMP perdu au cours du vieillissement

(Fleet, Endocrinology, 1996)

les BMPs sont indispensables à la constitution du cal fracturaire

Souris knock out pas de réparation des fractures

(Tsuji, Nat. Genet., 2006)

Implantation chez le lapin de cylindre hydrogel-FGFb

FGFb

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MABILLEAU Biomaterials, 29, 1593 – 1600, 2008.


SANS FGFb AVEC FGFb


SANS FGFb

AVEC FGFb

2 mois 3 mois

Documents

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