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M. TAGZIRT - MCU...

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2017-2018

Physiologie de l'hématopoïèse et son exploration Physiologie de l'hématopoïèse et son exploration :

– UE VII: Hématologie – Physiologie de la lignée myéloïde. Semaine : n°1 (du 04/09/17) au 08/09/17) Date : 05/09/2017

Heure : de 8h30 à 10h30

Binôme : n°8

Professeur : Pr. Tagzirt Correcteur :

Remarques du professeur : - Tous les supports de cours seront présents sur moodle. - Chacun des enseignements ne sont pas à apprendre de manière isolée. Les cours ont des rapports entre eux. - 19h de CM, 2 séances d'ED, 9h de TP. - Les TP seront évalués en contrôle continu. - Examen final : CM , ED et TP → 20 QCM + 2 QR au choix parmi 3 proposées.

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I)

Physiologie de l'hématopoïèse et son exploration PLAN DU COURS

Généralités A)

L'hématologie

B)

Les cellules sanguines

II)

L'hématopoïèse

A)

Définition

B)

La découverte des cellules souches

C)

Siège de l'hématopoïèse

D)

Le tissu hématopoïétique

E)

Compartimentation

F)

Différenciation

III)

Les cellules souches hématopoïétiques

A)

Expérimentation et découverte

B)

Définition

C)

Identification et caractérisation

IV)

Les progéniteurs

A)

Définition

B)

Mise en évidence

V)

Les précurseurs

A)

Caractéristiques et morphologie

B)

Cas des globules rouges

VI)

Facteurs de régulation

A)

Facteurs de transcription

B)

MiRNA

C)

Cytokines

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I)

Physiologie de l'hématopoïèse et son exploration

Généralités : A)

L'hématologie :

L'hématologie est une science qui va s'intéresser aux cellules du sang. Le sang est un liquide rouge, une suspension cellulaire (45% d'éléments figurés qui baignent dans le sérum ou le plasma). Ce sont des cellules qui baignent dans du sérum. ✔ Pour avoir du sérum, on prélève du sang dans lequel il n'y a pas d'anticoagulants (un anticoagulant empêche la coagulation et l'activation des cellules). ✔ Pour avoir du plasma (55% du sang), on prélève un patient avec un tube contenant un ou des anticoagulants. Citrate ou de l'EDTA, qui sont des chélateurs d'ions bivalents comme le Ca 2+ ou encore de l'héparine. En présence ou non d''anticoagulant, on prélève le patient au niveau du pli du coude. Le tube violet montre que dans ce tube il y avait au préalable un anticoagulant (EDTA). Le prélèvement effectué, on réalise une centrifugation qui permet de séparer les différents éléments. On va séparer le plasma des éléments figurées (les cellules).

Ex :

B) 1)

Les cellules sanguines : Le plasma :

Le plasma représente 55% du volume sanguin. Il est composé d'eau à 91% et de 7% de protéines. Il contient aussi des facteurs de coagulation.

2)

Les éléments figurés :

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Physiologie de l'hématopoïèse et son exploration

Dans les éléments figurés, on trouve des cellules. – Les globules rouges (hématies ou érythrocytes) qui sont les cellules les plus importantes. Ils donnent sa coloration rouge au sang car il contiennent dans le cytoplasme un pigment qui s'appelle l'hémoglobine. – Les plaquettes (érythrocytes ou thrombocytes) qui jouent un rôle essentiel dans l'hémostase primaire. – Les globules blancs (leucocytes). Dans cette famille on retrouve 5 types cellulaires. → Les polynucléaires (neutrophiles, éosinophiles et basophiles). → Les monocytes. → Les lymphocytes. Ces cellules sont des cellules qui sont morphologiquement reconnaissables. Lorsqu'on effectue un frottis sanguin (on récupère quelques microlitres de sang qu'on dépose sur une lame de microscope et on effectue un étalement de ce prélèvement), il va être coloré et cela permettra de visualiser et de reconnaître les différents éléments cellulaires.

3)

Caractéristiques morphologiques :

Ces cellules possèdent certaines caractéristiques qui leurs sont propres. Ce sont des cellules très différenciées, elles sont dites matures. On peut les différencier selon plusieurs caractéristiques : ✔ La présence d'un noyau On va retrouver des hématies (élément le plus important en terme de nombre), des plaquettes sanguines. Ces deux éléments cellulaires sont anuclées, c'est à dire dépourvus de noyau contrairement aux leucocytes. On aura les polynucléaires dont le noyau est polylobé (pas plusieurs noyaux) c'est une caractéristique des polynucléaires. Ceci est lié au type de granulation (différents types de polynucléaires). Les monocytes et les lymphocytes ont également des caractéristiques morphologiques propres à chacune de ces cellules. ✔ L'état de différenciation : Ce sont des cellules matures car elles sont très différenciées. Elle vont avoir des capacités de division quasiment nulles. Elles ne peuvent pas se diviser et leur capacité de synthèse protéique est limitée. ✔ Leur durée de vie : Ces cellules ont une durée de vie très limitée. Durée de vie :

Type Polynucléaires neutrophiles.

Quelques heures.

Plaquettes.

7 à 10 jours.

Lymphocytes.

De quelques jours à plusieurs années (en fonction du type).

Globules rouges.

Environ 120 jours.

Remarque : Parmi ces cellules, certaines sont capables de migrer comme les polynucléaires et monocytes. Quand on prélève un sujet sain, on remarque que les taux sont constants et très élevés (Téra à Giga par litre). Les quantités de ces cellules dans le sang sont très élevées malgré une durée de vie limitée à quelques heures. Il y a donc une nécessité de produire de façon continue au cours de la vie toutes ces cellules. Une machinerie se met donc en place et va permettre la production de ces cellules pour compenser la perte physiologique.

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2017-2018 Ex : – –

Physiologie de l'hématopoïèse et son exploration

Les polynucléaires neutrophiles sont produits à plus de 50 milliards de cellules par jour. Les hématies sont produites au nombre de 200 milliards par jour.

II)

L'hématopoïèse :

A)

Définition :

C'est l'ensemble des mécanismes physiologiques (processus normal) qui va concourir à la production et au remplacement continu tout au long de la vie et de façon extrêmement régulée (réseau complexe) des cellules sanguines. Cette hématopoïèse va impliquer plusieurs mécanismes, plusieurs propriétés notamment des capacités de prolifération et de renouvellement, de différenciation et de maturation. ✔ La prolifération : Les cellules qui entrent dans le cycle cellulaire avec G1, G2, M, et S. . Certaines cellules vont être en dehors du cycle, elles seront en phase G0, phase de quiescence (inactives). ✔ La différenciation et la maturation. ✔ L'adaptation par rapport aux besoins de la cellule. La cellule est est donc sensible à des signaux extérieurs car elle est capable de s'adapter aux signaux de l'organisme. Il va y avoir des signaux qui vont être transmis dans le lieu de l’Hématopoïèse ce qui va permettre d'accroitre la production de globules rouges. Ex : Si on est infecté par des virus ou des bactéries, l'organisme va se mettre à se défendre contre l'agent pathogène en envoyant des signaux à la moelle osseuse pour qu'elle produise beaucoup plus de PN. Cette production spécifique est finement régulée. Cela peut conduire dans certains cas à des hémopathies, c'est à dire des pathologies qui vont toucher aux cellules du sang (leucémies aiguës ou chroniques dans lesquelles ont aura des productions accrues d'un certain type cellulaire.

B) 1)

La découverte des cellules souches : Historique :

Toutes les cellules du sang dérivent de cellules souches hématopoïétiques (cellule unique). On connait leurs capacités d’auto-renouvellement. Aux USA, pays innovateur, il y avait des cliniques cosmétiques dont une en particulier avec un professeur renommé dans son domaine qui proposait de réduire les rides des patients (sur le visage ou le corps). A cette époque, ce laboratoire avait réussi à purifier des cellules souches. On les injectait aux patients pour effacer les rides. Une patiente s'est présentée à cette clinique pour essayer et on lui a injecté directement des cellules souches au niveau de la paupière. L'effet bénéfique s'est tout de suite ressenti puisque les rides se sont estompées, mais au bout de quelques jours elle à ressenti une gêne à l'oeil, elle n'arrivait même plus à l'ouvrir, elle ne pouvait pas non plus cligner des yeux. Elle retourne voir le professeur qui décide de l'opérer. En effectuant le prélèvement, il s'est rendu compte qu'un os poussait au niveau de l'endroit ou avait été faite l'injection. Ces cellules souches sont donc capables de se différencier en n'importe quel type cellulaire, on les appelait cellules mères. Par contre, on sait aujourd’hui qu'il en existe différents types. Des cellules précoces et des cellules tardives. Pour les tardives, la différenciation est déjà programmée. On parlera ici des cellules souches capables de produire la totalité des cellules sanguines. Les cellules souches de la patiente étaient surement programmées pour donner des cellules osseuses.

2)

Les processus :

Il existe deux grands processus : – Myéloïde (conduit à la production de toutes les cellules sauf les lymphocytes) – Lymphoïde (production de lymphocytes). 5/13

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Physiologie de l'hématopoïèse et son exploration

Myélopoïèse : Production de toutes les cellules sanguines sauf les hématies. La production des hématies est l’érythropoïèse. → Pour les polynucléaires neutrophiles et les monocytes, on parle de granulopoïèse et de monocytpoïèse. → Pour les plaquettes on parle de mégacaryocytopoïèse. Les plaquettes sont également appelées thrombocytes. → Pour les lymphocytes, on parle de lymphopoïèse.

C)

Siège de l'hématopoïèse :

Chez l'adulte, l'hématopoïèse s'effectue dans la moelle osseuse. Remarque : La moelle épinière se trouve dans la colonne vertébrale et la moelle osseuse se trouve à l'intérieur des os. Avant la localisation définitive, il y a avant la naissance différents stades. – Le stade primitif mésodermique (21ème et 60ème jour de gestation) dans le sac vitellin, dans les ilots angioformateurs de Wolff et Pander. Il concerne essentiellement les globules rouges, c'est une érythropoïèse embryonnaire. – Stade hépato-splénique (40ème jour au 6ème mois). Elle va s'effectuer progressivement dans la moelle osseuse et après la naissance, la localisation est exclusivement médullaire avec une localisation différente en fonction de l'age. Il y a une involution des territoires au niveau des vertèbres, du sternum, des cotes et au niveau du tibia et du fémur, c'est à dire les os longs.

D)

Le tissu hématopoïétique :

En terme de quantité, l'hématopoïèse représente 2,5 litres de tissu hématopoïétique. Elle est localisée d'abord chez le jeune enfant presque dans tous les os. Avec l'age on va avoir une involution des territoires, notamment au niveau du sternum, des côtes, de la colonne vertébrale et des épiphyses des os longs. On va avoir une perte des tissus hématopoïétiques qui vont être remplacés par des tissus graisseux, la moelle jaune.

E)

Compartimentation :

Elle est très hiérarchisée avec plusieurs stades de différentiation et de maturation. Les cellules souches hématopoïétiques (CSH) ont des capacités : – D'auto-renouvellement (en se divisant elle peut produire des progéniteurs). – Multipotence (production de plusieurs types cellulaires). – Plasticité (elles s'adaptent aux besoins de l'organisme).

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Physiologie de l'hématopoïèse et son exploration

Ces CSH sont peu représentées. Elles vont donner des progéniteurs. Ces progéniteurs auront une capacité de renouvellement beaucoup plus faible mais un potentiel de prolifération augmenté de manière importante. Ces progéniteurs vont s'engager progressivement das un lignage spécifique. En fonction des besoins de l'organisme et des signaux, elles vont se diriger vers un lignage précis pour donner l'ensemble des cellules sanguines. Les progéniteurs donnent ensuite des précurseurs qui sont eux morphologiquement identifiables (pas comme les progéniteurs). Les précurseurs ont des propriétés qui leurs sont propres et qui permettent de les différencier. La différenciation se fait en général entre 3 à 5 mitoses. Ces cellules sont majoritaires dans la moelle osseuse.

F)

La différenciation :

On retrouve les différents compartiments de l'hématopoïèse (les CS, les progéniteurs, les précurseurs et les cellules matures)..

III) A)

Les cellules souches hématopoïétiques : Expérimentation et découverte :

Ce sont les premières cellules souches à avoir été identifiées. La maitrise et la compréhension des différentes propriétés de ces cellules est assez récente. La première expérience qui a permis de mettre en évidence leurs propriétés à été faite en 1960 par Till et Mc Culloch qui ont eu l'idée d'irradier une souris. L'idée était de détruire l'ensemble des tissus hématopoïétiques. Juste après cette irradiation, on a injecté des cellules de moelle osseuse prélevées sur une souris syngénique (qui présente les mêmes propriétés). Observations : 8 à10 jours après l'injection, on s'est rendu compte que cette souris était capable de reconstituer son tissus hématopoïétique. La reconstitution de ce tissu a été observé au niveau de la rate. Un deuxième groupe de souris a reçu une irradiation létale puis une injection de moelle osseuse. Ces souris ont reconstitué leur tissus hématopoïétique.

B)

Définition :

Les CSH ont des propriétés de : ✔ Multipotence (capacité de reconstituer toutes les lignées cellulaires du système hématopoïétique). Remarque : La totipotence est une propriété des cellules souches de produire toutes les cellules de l'organisme. On la retrouve au niveau du zygote. Au niveau du blastocyste, les cellules sont pluripotentes car elles sont capables de produire l'ectoderme , les cellules germinales et le mésoderme. Dans le mésoderme, on a des CS multipotentes dans lesquelles on retrouvera des cellules hématopoïétiques. 7/13

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Physiologie de l'hématopoïèse et son exploration

✔ Autorenouvellement : En se divisant, les cellules vont être capables de reproduire les cellules qui vont avoir les mêmes propriétés physiologiques. Cela va permettre de maintenir un pool de CSH. Cette division va engendrer un autre type cellulaire qui lui va se différencier en réponse à un signal extracellulaire de façon irréversible. Cette nouvelle cellule va devenir une cellule engagée, un progéniteur. C'est une division asymétrique contrairement à un processus classique de mitose.

C)

Identification et caractérisation :

Certaines CSH vont se ressembler d'un point de vue phénotypique mais leur capacité d’autorenouvellement va être différente. On parle de CSH vraie pour celles qui vont présenter des capacités d’autorenouvellement longues.

1)

Le CD34+ :

Les CSH vont présenter un phénotype qui passe obligatoirement par l’expression d'un antigène de surface, le CD34+. Elles présente l'expression très faible du CD38 et surtout, elles sont négatives pour le marqueur LIN (pour lignage). Les CSH ne sont donc pas encore engagées dans un lignage défini, elles sont LIN- (négatives pour le marqueur LIN). Les cellules LIN+ sont des cellules déjà engagées dans la différenciation. Cela permet de différencier les CSH qui ont des capacités d’auto-renouvellement long, moyen ou court. Cela a un intérêt thérapeutique.

2)

Applications thérapeutiques.

✔ Greffe : On sait aujourd’hui que lorsqu'on purifie ces CSH. L'efficacité d'une greffe avec isolement donne une efficacité de prise de greffe 500 à 1000 fois plus importante. ✔ Chimiothérapie : Une chimiothérapie détruit des cellules cancéreuses mais aussi des cellules du tissu hématopoïétique. Une chimiothérapie intensive associée à une greffe de CSH permet de doubler la survie dans certains cancers.

3)

Mobilisation des CSH :

Les cellules sanguines sont en renouvellement constant à partir d'un petit nombre de CSH.Les progéniteurs sont retrouvés en grand nombre dans le sang de cordon ombilical. On sait que dedans, les CSH sont concentrées. On peut également les retrouver dans le sang en faible nombre. On est capables aujourd’hui de les mobiliser à l'aide de certains inducteurs. On peut mobiliser les CSH de la moelle osseuse vers le sang périphérique par aphérèse. Il y a également une capacité de « Homing », c'est à dire que quand on va injecter en IV ces cellules à un patient, elles vont être capables de retourner dans la moelle osseuse. Cette propriété va permettre le renouvellement du tissu hématopoïétique. Ces cellules sont CD34+, parmi elles, seul un faible nombre ont des capacités de renouvellement longues. Elles sont non identifiables morphologiquement.

4)

Tests de croissance en milieu semi solide :

On est capables de faire des tests de croissance et de différenciation en milieu semi solide. Ces cellules sont en majorité en G0, elles sont donc résistantes à certains cytotoxiques comme le 5-fluoro-uracile. 8/13

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Physiologie de l'hématopoïèse et son exploration Capacités :

✔ Résistance à la congélation. On peut les congeler et les décongeler (-196 degrés dans l'azote liquide) pour les injecter à un patient. Cela a un intérêt dans les greffes autologues sur un patient qui subit une chimiothérapie. ✔ Capacité à former des colonies et de se multiplier. Cette mise en évidence in vitro est plus difficile pour les CSH car les progéniteurs sont déjà engagés (capacité de prolifération plus importante). Il faut un élément essentiel, physiologique qui appartient au tissu hématopoïétique pour la prolifération et la croissance, c'est la niche hématopoïétique.

6) – – – –

Applications thérpaeutiques :

Thérapies cellulaires par greffe de CSH (Autogreffes et Allogreffes); Réparation tissulaire. Thérapie génique (correction ex vivo de gène déficient et réinjection de CS). Utilisation de facteurs de croissance hémato-recombinants (mobilisation de CSH, correction des cytopénies (aplasies médullaires)).

Ex : G-CSF (mobilisation des cellules de la lignée granulocytaire) et EPO.

IV) A)

Les progéniteurs : Définition :

Ce sont les cellules qui dérivent des CSH. C'est la première étape de différenciation cellulaire. Parmi eux, on aura : – Les progéniteurs communs de la lignées lymphoïde. – Les progéniteurs comme de la lignée myéloïde. On les appelle « CFU » (Colony Forming Unit). On s'intéressera ici aux CFU-GEMM* (ceux de la lignée myéloïde). *Granulocytaire, Erythrocytaire, Monocytaire, Mégacaryocytaire.

Mis en culture, il vont se multiplier sous forme de colonies. L'influence de cette différenciation se fait via des signaux extérieurs notamment des facteurs de croissance. 9/13

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B)

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La différenciation :

Les progéniteurs représentent 0,5 à 1% des cellules médullaires. Elles ont des capacité de prolifération beaucoup plus importantes que...