Formation du tissu osseux.I .Notions fondamentales.

A. Le terrain d’ossification.

1. Milieu conjonctif: ossification conjonctive

A noter que l’ossification périostique est d’un type conjonctif particulier, où la construction se fait par couches concentriques successives

aboutissant à des os de membrane:

- os de la face, clavicule, de la voûte crânienne

2. Milieu cartilagineux: ossification enchondrale

- Os des membres, de la ceinture, les vertèbres, de la base du crâne

B. Remodelage osseux: renouvellement osseux

II. Les processus élaborateurs

A. Les éléments qui y participent

1. La travée directrice

. de collagène en milieu conjonctif

. Cartilagineuse en milieu cartilagineux

2. L’ostéoblaste

a. Structure

• MO Cellule polyédrique de 20 à 30 µm au cytoplasme basophile +++; la MP contient de la phosphatase alcaline

• ME RER abondant, AG volumineux …, microvillosités +++

L’ostéoblaste

MO. Représentation schématique

MET. Représentation schématique

L’ostéoblaste

b. Fonction

L’ostéoblaste synthétise aussi bien le collagène de type I que les autres constituants de la MEC organique: GAG et protéoglycanes, ostéonectine, ostéocalcine, sialoprotéines...

La phosphatase alcaline des ostéoblastes libère les ions phosphates à partir du G- 6- P qui se fixent ensuite sur les fibres de collagène, leur permettant de lier le ions calcium pour former des cristaux d’hydroxyapatite

c. Origine

Il résulte de la différenciation d’une cellule précurseur d’origine mésenchymateuse

B. Histogenèse

1.En milieu conjonctif

Des cellules d’origine mésenchymateuses prédifférenciées se rangent le long d’une fibre de collagène, se différencient en ostéoblastes et se mettant à élaborer de la substance préosseuse, tout d’abord au contact de la travée directrice, ensuite à la périphérie

De nouvelles rangées d’ostéoblastes se placent autour de la substance néosynthétisée pour élaborer une nouvelle couche de MEC organique et ainsi de suite

Pendant ce temps, la première travée commence va être minéralisée, ce qui s’accompagne de la différenciation progressive des ostéoblastes en ostéocytes

2. En milieu cartilagineux (voir la formation d’un os long)

Histogenèse

Histogenèse

Histogenèse

Histogenèse

Col. Trichrome. MEC en vert par le vert lumière

Histogenèse

Coloration de von Kossa et contre coloration au safran Substance osseuse minéralisée en brun noir (argent réduit) Substance préosseuse en jaune (safran)

Histogenèse

III. Les processus de résorption ou destructeurs

Au niveau de la travée osseuse en cours de résorption, des espèces de cavités y sont creusées , dont les dimensions augmentent progressivement. Ce sont les lacunes de Howship

Les éléments qui y participent Au niveau de ces lacunes on observe les éléments responsables de la résorption

A. Le bourgeon conjonctivo – vasculaire (BCV)

Il s’agit d’un capillaire sanguin, à extrêmité borgne, qu’accompagne un tissu conjonctif contenant quelques fibres de collagène et de cellules prédifférenciées, d’aspect mésenchymateux ainsi que par des ostéoclastes

Si la présence du BCV signe le début de la résorption, les cellules "conjontives" qui l’accompagnent se différencieront par la suite en ostéoblaste

Lacune de Howship. Bourgeon c-v. Ostéoclaste

Capillaire sanguin

Représentation schématique en 3D

B. L’ostéoclaste

1.Morphologie

Cellule polyédrique multinucléée (jusqu’à 20 noyaux) pouvant avoir jusqu’à 100 µm de diamètre très mobile. Elle possède une bipolarité avec une bordure en brosse (BB) au niveau du pôle en contact avec la matrice osseuse

Au MO, la BB correspond à des microvillosités, nombreuses, longues et relativement irrégulières. Le cytoplasme, contient des ribosomes, du RER…, de nombreux dictyosomes près des noyaux, des lysosomes et des phagosomes en majorité sous la BB.

L’ostéoclaste activé se lie à la matrice aux niveau des bords de la BB par l’intermédiaire des intégrines créant ainsi un compartiment de résorption (microenvironnement) dont le pH acide est favorable à la dissolution de la phase minérale

L’ostéoclaste

MO

ME. Représentation schématique

L’ostéoclaste

Lacune de Howship. Bourgeon c-v. Ostéoclaste

L’ostéoclaste

2. Fonction

Dégradation de la matrice osseuse

• Dissolution de la phase minérale par acidification du compartiment de résorption. Cette acidification se fait grâce à une pompe à protons de la MP. Les protons sont produits par l’anhydrase carbonique à partir de CO2 et H2O

• Dégradation de la phase organique grâce à la sécrétion des enzymes lysosomales et des métalloprotéases

- Hydrolases: phosphatases acides, arylsulfatases, ß glucuronidase, cathepsines ( capables de dégrader le collagène)…

- Métalloprotéases: gélatinases, collagénases de types I et IV

Fonction

Echangeur

L’ostéoclaste

L’ostéoclasteM. optique

3. Origine de l’ostéoclaste

Il provient d’un précurseur médullaire qui lui est commun avec le monocyte. Il appartient au système de phagocytes mononucléés

Origine

Ostéoclaste

Prostéoclaste

L’ostéoclaste

Origine et différenciation

L

L’ostéoclaste

Les deux facteurs essentiels de l’ostéoclastogenèse, M – CSF (monocyte/ macrophage – stimulating factor) et RANK – L (receptor activator of nuclear factor κB ligand ) sont synthétisés par les ostéoblastes ( et les cellules stromales) . Ces facteurs se fixent sur leurs récepteurs respectifs c – FMS et RANK (à activité tyrosine-kinase) situés à la surface des proostéoclastes . Ces derniers fusionnent pour donner des ostéoclastes.L’OPG (ostéoprotégérine) synthétisée par le microenvironnement osseux est un facteur régulateur qui se fixe sur RANK – L pour l’inhiber. La mutation des gènes RANK ou RANK – L se traduit par un déséquilibre du métabolisme osseux ( ainsi que d’autres gènes mutés dans le modèle souris et dont certains ont été retrouvés mutés chez l’homme dans différentes maladies osseuses).

La résorption

Elle est le fait de l’activité de l’ostéoclaste (voir fonction)

IV. Régulation ou contrôle général de la formation osseuse

A. Facteurs agissant sur l’ostéoblaste

1. Facteurs synthétisés par l’ostéoblaste mais aussi par l’ostéoclaste

2. L’hormone de croissance hypophysaire ( GH )

3. La parathormone ( PTH )

4. Les stéroïdes sexuels "

5. La vitamine D

B. Facteurs agissant sur l’ostéoclaste

Le tissu osseux est le résultat du remodelage qui est le fait de l’interaction ostéoblaste - ostéoclaste

C’est essentiellement l’ostéoblaste qui contrôle l’activité de l’ostéoclaste

L’os est formé d’un très grand nombre d’unités fonctionnelles de remodelage associant ostéoblastes et ostéoclastes. Cette activité se fait selon un cycle de remodelage d’une durée de 4 mois environ chez l’adulte

On distingue trois phases

1.Phase d’activation

A la limite entre le tissu osseux et le tissu conjonctivo-vasculaire il y a une couche continue de cellules bordantes qui, sous l’action de facteurs favorisant la résorption, parathormone / PTH, vitamine D3, prostaglandine PgE2

, se rétractent pour libérer le passage aux ostéoclastes. Rappelant que les ostéoclastes proviennent de la différenciation des précurseurs médullaires (CFU-M proostéoclaste ostéoclaste multinucléé ostéoclaste activé). Cette différenciation est essentiellement sous l’action de facteurs sécrétés par l’ostéoblaste , en réponse à des facteurs hormonaux (PTH , vitamine D3…).

Ces facteurs sont principalement M- CSF et RANK- L , dont la sécrétion est contrôlée par un facteur régulateur, l’ostéoprotégérine / OGP,produite par le microenvironnement qui se lie à RANK- L pour l’inhiber

M- CSF et RANK- L se lient respectivement aux récepteurs

c-FMS et RANK de la membrane de l’ostéoclaste

2. Phase de résorption

• Acidification du microenvironnement crée entre la bordure en brosse de l’ostéoclaste et la bordure de la pièce osseuse, suivie de la dissolution de la phase minérale

• Dégradation de la MEC organique sous l’action des enzymes lysosomales

• A la fin du creusement de la lacune de Howship, les ostéoclastes meurent par apoptose. Les restes de déchets sont nettoyés par les macrophages

3. Phase d’inversion

Pendant laquelle a lieu la synthèse d’une nouvelle matrice organique

L’inversion est initiée par des facteurs sécrétés par l’ostéoclaste (facteurs de croissance, BMP…) qui agissent sur l’ ostéoblaste. Cependant l’activité de ce dernier est stimulée par de nombreuses hormones (oestrogènes, androgènes, vitamine D, et indirectement par GH)

Des facteurs de croissance (FGF, TGFß, IGF stimulés par GH) synthétisés et des Bone Morphogénique Protein / BMP* sécrétés par l’ostéoblaste agissent ( sauf BMP1 )sur le recrutement de nouveaux ostéoblastes par prolifération/différenciation de leurs précurseurs

* MBP: On a isolés chez l’homme 8 gènes (1 à 8); ils font partie de la superfamille de TGFß

La minéralisation de la substance ostéoïde est le fait de l’ostéoblaste qui sécrète la phosphatase alcaline qui favorise la précipitation des phosphates de calcium

La vitamine D3 favorise à la fois l’absorption intestinale de calcium et sa fixation sur l’os. Sa carence est responsable du rachitisme chez l’enfant et l’ostéomalacie chez l’adulte

La PTH a un effet inverse , c’est-à-dire qu’elle favorise la déminéralisation

D’autre part, l’ostéocalcine, sécrétée par l’ostéoblaste, favorise la concentration locale du calcium et sa précipitation

Interaction ostéoblaste - ostéoclaste

Régulation de l’ossification

Vit D Oestrogènes Androgènes

PTHCalcitonine

(GH)

IGF

Il 1 Il 6 TNF alpha M-CSF GM-CSF

TGF bêta 1 IGF 1 et 2 FGF BMP

+

FGF 2

PgE2

Précurseur

Cytokines

A la fin de la résorption

H+ Hydrolases

Capillaire sanguin

MEC osseuseCollagène GAG

+

+ _

_

_+