Cellule souche adulte - Adult stem cell
| Cellule souche adulte | |
|---|---|
Micrographie électronique à transmission d'une cellule souche adulte présentant des caractéristiques ultrastructurales typiques .
| |
| Des détails | |
| Identifiants | |
| Latin | Cellula praecursoria |
| Engrener | D053687 |
| E | H1.00.01.0.00035 |
|
Termes anatomiques de la microanatomie | |
Les cellules souches adultes sont indifférenciées cellules , trouvées dans le corps après le développement, qui se multiplient par division cellulaire pour reconstituer les cellules meurent et régénèrent endommagés tissus . Également appelées cellules souches somatiques (du grec σωματικóς, qui signifie le corps ), elles peuvent être trouvées chez les animaux juvéniles, adultes et humains, contrairement aux cellules souches embryonnaires .
L'intérêt scientifique pour les cellules souches adultes s'articule autour de deux caractéristiques principales. Le premier étant leur capacité à se diviser ou à s'auto-renouveler indéfiniment, et le second, leur capacité à générer tous les types cellulaires de l' organe dont ils sont issus, régénérant potentiellement l'organe entier à partir de quelques cellules. Contrairement aux cellules souches embryonnaires, l'utilisation de cellules souches adultes humaines dans la recherche et la thérapie n'est pas considérée comme controversée , car elles sont dérivées d'échantillons de tissus adultes plutôt que d'embryons humains destinés à la recherche scientifique. Les principales fonctions des cellules souches adultes sont de remplacer les cellules qui risquent de mourir à la suite d'une maladie ou d'une blessure et de maintenir un état d' homéostasie au sein de la cellule. Il existe trois méthodes principales pour déterminer si la cellule souche adulte est capable de devenir une cellule spécialisée. La cellule souche adulte peut être marquée in vivo et suivie, elle peut être isolée puis repiquée dans l'organisme, et elle peut être isolée in vivo et manipulée avec des hormones de croissance. Ils ont été principalement étudiés chez l'homme et des organismes modèles tels que les souris et les rats .
Structure
Définition des propriétés
Une cellule souche possède deux propriétés :
- L'auto-renouvellement est la capacité de traverser de nombreux cycles de division cellulaire tout en maintenant son état indifférencié. Les cellules souches sont capables de se répliquer plusieurs fois et peuvent entraîner la formation de deux cellules souches, une cellule souche plus différenciée que l'autre, ou deux cellules différenciées.
- La multipotence ou le potentiel multidifférentiatif est la capacité de générer unedescendancede plusieurstypes cellulairesdistincts(par exempledes cellules glialeset desneurones) par opposition à l'unipotence, qui est le terme désignant des cellules qui sont limitées à la production d'un seul type cellulaire. Cependant, certains chercheurs ne considèrent pas la multipotence comme essentielle et pensent quedes cellules souches auto-renouvelablesunipotentespeuvent exister. Ces propriétés peuvent être illustrées avec une relative facilité in vitro , en utilisant des méthodes telles que lesessais clonogéniques, où la descendance d'une seule cellule est caractérisée. Cependant, il est connu quelesconditions deculture cellulairein vitro peuvent modifier le comportement des cellules, ce qui prouve qu'unesous-populationparticulièrede cellules possède des propriétés de cellules souchesin vivoest un défi, et un débat considérable existe quant à savoir si certaines populations de cellules souches proposées chez l'adulte sont en effet des cellules souches.
Propriétés
La division cellulaire
Pour assurer leur auto-renouvellement, les cellules souches subissent deux types de division cellulaire (voir Diagramme Division et différenciation des cellules souches ). La division symétrique donne naissance à deux cellules souches filles identiques, tandis que la division asymétrique produit une cellule souche et une cellule progénitrice avec un potentiel d'auto-renouvellement limité. Les progéniteurs peuvent passer par plusieurs cycles de division cellulaire avant de finalement se différencier en une cellule mature. On pense que la distinction moléculaire entre les divisions symétriques et asymétriques réside dans la ségrégation différentielle des protéines de la membrane cellulaire (telles que les récepteurs ) et de leurs protéines associées entre les cellules filles.
Dans des conditions normales, les cellules souches tissulaires se divisent lentement et rarement. Ils présentent des signes de quiescence ou d'arrêt de croissance réversible. La niche dans laquelle se trouve la cellule souche joue un rôle important dans le maintien de la quiescence. Les niches perturbées font que la cellule souche recommence à se diviser activement pour remplacer les cellules perdues ou endommagées jusqu'à ce que la niche soit restaurée. Dans les cellules souches hématopoïétiques , la voie MAPK/ERK et la voie PI3K/AKT/mTOR régulent cette transition. La capacité de réguler le cycle cellulaire en réponse à des signaux externes aide à prévenir l'épuisement des cellules souches ou la perte progressive de cellules souches à la suite d'un équilibre altéré entre les états dormant et actif. Des divisions cellulaires peu fréquentes contribuent également à réduire le risque d'acquérir des mutations de l'ADN qui seraient transmises aux cellules filles.
Plasticité
Des découvertes ces dernières années ont suggéré que les cellules souches adultes pourraient avoir la capacité de se différencier en types de cellules à partir de différentes couches germinales. Par exemple, les cellules souches neurales du cerveau, dérivées de l'ectoderme, peuvent se différencier en ectoderme, mésoderme et endoderme . Les cellules souches de la moelle osseuse, qui sont dérivées du mésoderme, peuvent se différencier en foie, poumon, tractus gastro-intestinal et peau, qui sont dérivés de l'endoderme et du mésoderme. Ce phénomène est appelé transdifférenciation ou plasticité des cellules souches . Elle peut être induite en modifiant le milieu de croissance lorsque les cellules souches sont cultivées in vitro ou en les transplantant dans un organe du corps différent de celui dont elles ont été isolées à l'origine. Il n'y a pas encore de consensus parmi les biologistes sur la prévalence et la pertinence physiologique et thérapeutique de la plasticité des cellules souches. Des découvertes plus récentes suggèrent que les cellules souches pluripotentes peuvent résider dans le sang et les tissus adultes dans un état dormant. Ces cellules sont appelées « cellules souches de type blastomère » (BLSC) et « très petites cellules souches embryonnaires » (VSEL), et présentent une pluripotence in vitro . Comme les BLSC et les cellules VSEL sont présentes dans pratiquement tous les tissus adultes, y compris les poumons, le cerveau, les reins, les muscles et le pancréas, la co-purification des BLSC et des cellules VSEL avec d'autres populations de cellules souches adultes peut expliquer la pluripotence apparente des populations de cellules souches adultes. . Cependant, des études récentes ont montré que les cellules VSEL humaines et murines manquent de caractéristiques de cellules souches et ne sont pas pluripotentes.
Vieillissement
La fonction des cellules souches s'altère avec l'âge, ce qui contribue à la détérioration progressive de l'entretien et de la réparation des tissus. Une cause probable importante de l'augmentation du dysfonctionnement des cellules souches est l'accumulation, en fonction de l'âge, des dommages à l'ADN à la fois dans les cellules souches et dans les cellules qui composent l'environnement des cellules souches. (Voir aussi la théorie des dommages à l'ADN du vieillissement .)
Les cellules souches adultes peuvent cependant être artificiellement ramenées à un état où elles se comportent comme des cellules souches embryonnaires (y compris les mécanismes de réparation de l'ADN associés). Cela a été fait avec des souris dès 2006 avec des perspectives d'avenir pour ralentir considérablement le vieillissement humain. Ces cellules sont l'une des différentes classes de cellules souches induites .
Fonction
Voies de signalisation
La recherche sur les cellules souches adultes s'est concentrée sur la découverte des mécanismes moléculaires généraux qui contrôlent leur auto-renouvellement et leur différenciation.
- La voie Notch est connue des biologistes du développement depuis des décennies. Son rôle dans le contrôle de la prolifération des cellules souches a maintenant été démontré pour plusieurs types de cellules , notamment les cellules souches hématopoïétiques , neurales et mammaires .
- Ces voies de développement sont également fortement impliquées en tant que régulateurs des cellules souches.
- La famille de cytokines TGFβ régule le caractère souche des cellules souches normales et cancéreuses .
Les types
Cellules souches hématopoïétiques
Les cellules souches hématopoïétiques (CSH) sont des cellules souches qui peuvent se différencier en toutes les cellules sanguines. Ce processus est appelé hématopoïèse. Les cellules souches hématopoïétiques se trouvent dans la moelle osseuse et le sang du cordon ombilical .
Cellules souches mammaires
Les cellules souches mammaires fournissent la source de cellules pour la croissance de la glande mammaire pendant la puberté et la gestation et jouent un rôle important dans la carcinogenèse du sein. Des cellules souches mammaires ont été isolées de tissus humains et murins ainsi que de lignées cellulaires dérivées de la glande mammaire. Une seule de ces cellules peut donner naissance aux types de cellules luminales et myoépithéliales de la glande et il a été démontré qu'elles ont la capacité de régénérer l'ensemble de l'organe chez la souris.
Cellules souches intestinales
Les cellules souches intestinales se divisent en continu tout au long de la vie et utilisent un programme génétique complexe pour produire les cellules tapissant la surface de l'intestin grêle et du gros intestin. Les cellules souches intestinales résident près de la base de la niche des cellules souches, appelées cryptes de Lieberkuhn . Les cellules souches intestinales sont probablement à l'origine de la plupart des cancers de l'intestin grêle et du côlon.
Les cellules souches mésenchymateuses
Les cellules souches mésenchymateuses (CSM) sont d' origine stromale et peuvent se différencier en une variété de tissus. Des CSM ont été isolées du placenta , du tissu adipeux , des poumons , de la moelle osseuse et du sang, de la gelée de Wharton du cordon ombilical et des dents (niche périvasculaire de la pulpe dentaire et du ligament parodontal ). Les CSM sont attrayantes pour la thérapie clinique en raison de leur capacité à se différencier, à fournir un soutien trophique et à moduler la réponse immunitaire innée . Ces cellules ont la capacité de se différencier en divers types cellulaires tels que les ostéoblastes , les chondroblastes , les adipocytes , les cellules neuroectodermiques et les hépatocytes . Les médiateurs bioactifs qui favorisent la croissance cellulaire locale sont également sécrétés par les CSM. Des effets anti-inflammatoires sur le microenvironnement local, qui favorisent la cicatrisation des tissus, sont également observés. La réponse inflammatoire peut être modulée par les cellules régénératives dérivées de tissus adipeux (ADRC), notamment les cellules souches mésenchymateuses et les lymphocytes T régulateurs . Les cellules souches mésenchymateuses modifient ainsi le résultat de la réponse immunitaire en modifiant la sécrétion de cytokines des sous-ensembles de cellules dendritiques et T. Il en résulte un passage d'un environnement pro-inflammatoire à un environnement cellulaire anti-inflammatoire ou tolérant.
Cellules souches endothéliales
Les cellules souches endothéliales sont l'un des trois types de cellules souches multipotentes présentes dans la moelle osseuse. Ils sont un groupe rare et controversé avec la capacité de se différencier en cellules endothéliales, les cellules qui tapissent les vaisseaux sanguins.
Cellules souches neurales
L'existence de cellules souches dans le cerveau adulte a été postulée suite à la découverte que le processus de neurogenèse , la naissance de nouveaux neurones , se poursuit jusqu'à l'âge adulte chez le rat. La présence de cellules souches dans le cerveau des primates matures a été signalée pour la première fois en 1967. Il a depuis été démontré que de nouveaux neurones sont générés chez les souris adultes, les oiseaux chanteurs et les primates, y compris les humains. Normalement, la neurogenèse adulte est limitée à deux zones du cerveau : la zone sous- ventriculaire , qui tapisse les ventricules latéraux , et le gyrus denté de la formation hippocampique . Bien que la génération de nouveaux neurones dans l' hippocampe soit bien établie, la présence de véritables cellules souches auto-renouvelables y a été débattue. Dans certaines circonstances, comme suite à des lésions tissulaires dans l' ischémie , la neurogenèse peut être induite dans d'autres régions du cerveau, y compris le néocortex .
Les cellules souches neurales sont couramment cultivées in vitro sous forme de neurosphères – des agrégats hétérogènes flottants de cellules, contenant une grande proportion de cellules souches. Ils peuvent être propagés pendant de longues périodes et différenciés en cellules neuronales et gliales , et se comportent donc comme des cellules souches. Cependant, certaines études récentes suggèrent que ce comportement est induit par les conditions de culture dans les cellules progénitrices , la descendance de la division des cellules souches qui subissent normalement un nombre strictement limité de cycles de réplication in vivo . De plus, les cellules dérivées de la neurosphère ne se comportent pas comme des cellules souches lorsqu'elles sont réimplantées dans le cerveau.
Les cellules souches neurales partagent de nombreuses propriétés avec les cellules souches hématopoïétiques (CSH). Remarquablement, lorsqu'elles sont injectées dans le sang, les cellules dérivées des neurosphères se différencient en divers types de cellules du système immunitaire .
Cellules souches olfactives adultes
Les cellules souches olfactives adultes ont été récoltées avec succès à partir des cellules de la muqueuse olfactive humaine , qui se trouvent dans la muqueuse du nez et sont impliquées dans le sens de l'odorat. Si on leur donne le bon environnement chimique, ces cellules ont la même capacité que les cellules souches embryonnaires à se développer en de nombreux types cellulaires différents. Les cellules souches olfactives ont un potentiel d'applications thérapeutiques et, contrairement aux cellules souches neurales, peuvent être facilement récoltées sans nuire au patient. Cela signifie qu'ils peuvent être facilement obtenus auprès de tous les individus, y compris les patients plus âgés qui pourraient avoir le plus besoin de thérapies à base de cellules souches.
Cellules souches de la crête neurale
Les follicules pileux contiennent deux types de cellules souches, dont l'une semble représenter un vestige des cellules souches de la crête neurale embryonnaire . Des cellules similaires ont été trouvées dans le tractus gastro-intestinal , le nerf sciatique , la voie d'éjection cardiaque et les ganglions spinaux et sympathiques . Ces cellules peuvent générer des neurones , des cellules de Schwann , des myofibroblastes , des chondrocytes et des mélanocytes .
Cellules testiculaires
Des cellules souches multipotentes avec une équivalence revendiquée aux cellules souches embryonnaires ont été dérivées de cellules progénitrices spermatogoniales trouvées dans les testicules de souris de laboratoire par des scientifiques en Allemagne et aux États-Unis, et, un an plus tard, des chercheurs d'Allemagne et du Royaume-Uni ont confirmé la même chose. capacité en utilisant des cellules de testicules humains. Les cellules souches extraites sont appelées cellules souches germinales humaines adultes (CGC)
Des cellules souches multipotentes ont également été dérivées de cellules germinales trouvées dans des testicules humains.
Signification clinique
Les traitements par cellules souches adultes sont utilisés depuis de nombreuses années pour traiter avec succès la leucémie et les cancers des os/du sang associés à l'aide de greffes de moelle osseuse. L'utilisation de cellules souches adultes dans la recherche et la thérapie n'est pas considérée comme aussi controversée que l'utilisation de cellules souches embryonnaires , car la production de cellules souches adultes ne nécessite pas la destruction d'un embryon .
Les premières applications régénératives des cellules souches adultes se sont concentrées sur l'administration intraveineuse de progéniteurs sanguins connus sous le nom de cellules souches hématopétiques (CSH). Les cellules souches hématopoïétiques CD34+ ont été appliquées en clinique pour traiter diverses maladies, notamment les lésions de la moelle épinière, la cirrhose du foie et les maladies vasculaires périphériques. La recherche a montré que les cellules souches hématopoïétiques CD34+ sont relativement plus nombreuses chez les hommes que chez les femmes en âge de procréer parmi les victimes de lésions médullaires. D'autres premières applications commerciales se sont concentrées sur les cellules souches mésenchymateuses (CSM). Pour les deux lignées cellulaires, l'injection directe ou le placement de cellules dans un site nécessitant une réparation peut être la méthode de traitement préférée, car l'administration vasculaire souffre d'un « effet de premier passage pulmonaire » où les cellules injectées par voie intraveineuse sont séquestrées dans les poumons. Des rapports de cas cliniques dans des applications orthopédiques ont été publiés. Wakitani a publié une petite série de cas de neuf défauts dans cinq genoux impliquant une transplantation chirurgicale de cellules souches mésenchymateuses avec couverture des défauts chondraux traités. Centeno et al. ont rapporté des preuves IRM à champ élevé d'une augmentation du volume du cartilage et du ménisque chez des sujets cliniques humains individuels ainsi qu'une vaste étude d'innocuité n = 227. De nombreux autres traitements à base de cellules souches fonctionnent en dehors des États-Unis, et de nombreuses controverses sont signalées concernant ces traitements, car certains estiment qu'une réglementation plus stricte est nécessaire, car les cliniques ont tendance à exagérer les allégations de succès et à minimiser ou à omettre les risques.
Thérapies
Le potentiel thérapeutique des cellules souches adultes fait l'objet de nombreuses recherches scientifiques, en raison de leur capacité à être prélevées sur le corps parent que sont les femelles lors de l'accouchement. Comme les cellules souches embryonnaires, les cellules souches adultes ont la capacité de se différencier en plusieurs types de cellules, mais contrairement aux premières, elles sont souvent limitées à certains types ou « lignées ». La capacité d'une cellule souche différenciée d'une lignée à produire des cellules d'une lignée différente est appelée transdifférenciation . Certains types de cellules souches adultes sont plus capables de transdifférenciation que d'autres, mais pour beaucoup, il n'y a aucune preuve qu'une telle transformation soit possible. Par conséquent, les thérapies souches adultes nécessitent une source de cellules souches de la lignée spécifique nécessaire, et leur récolte et/ou leur culture jusqu'au nombre requis est un défi. De plus, les indices de l'environnement immédiat (y compris la rigidité ou la porosité de la structure/ matrice extracellulaire environnante ) peuvent modifier ou améliorer le destin et la différenciation des cellules souches.
Sources
Les cellules souches pluripotentes , c'est-à-dire les cellules qui peuvent donner naissance à n'importe quel type de cellule fœtale ou adulte, peuvent être trouvées dans un certain nombre de tissus, y compris le sang de cordon ombilical. Grâce à la reprogrammation génétique, des cellules souches pluripotentes équivalentes aux cellules souches embryonnaires ont été dérivées de tissus cutanés humains adultes. D'autres cellules souches adultes sont multipotentes , ce qui signifie qu'elles peuvent devenir plusieurs types limités de cellules et sont généralement désignées par leur origine tissulaire (telles que les cellules souches mésenchymateuses , les cellules souches dérivées de tissus adipeux, les cellules souches endothéliales , etc.). Une grande partie de la recherche sur les cellules souches adultes s'est concentrée sur l'étude de leur capacité à se diviser ou à s'auto-renouveler indéfiniment, et leur potentiel de différenciation. Chez la souris, des cellules souches pluripotentes peuvent être directement générées à partir de cultures de fibroblastes adultes .
Recherche
Cancer
Ces dernières années, l'acceptation du concept de cellules souches adultes a augmenté. Il existe maintenant une hypothèse selon laquelle les cellules souches résident dans de nombreux tissus adultes et que ces réservoirs uniques de cellules sont non seulement responsables des processus normaux de réparation et de régénération, mais sont également considérés comme une cible de choix pour les changements génétiques et épigénétiques , aboutissant à de nombreux anomalies conditions, y compris le cancer. (Voir cellule souche cancéreuse pour plus de détails.)
Résistance multidrogue
Les cellules souches adultes expriment des transporteurs de la famille des cassettes de liaison à l' ATP qui pompent activement une diversité de molécules organiques hors de la cellule. De nombreux produits pharmaceutiques sont exportés par ces transporteurs conférant une multirésistance à la cellule. Cela complique la conception de médicaments, par exemple les thérapies ciblées par cellules souches neurales pour le traitement de la dépression clinique.
Voir également
Les références
Liens externes
- Ressource d'information sur les cellules souches du NIH , ressource pour la recherche sur les cellules souches
- Nature Reports Stem Cells Informations générales, avancées de la recherche et débats sur la science des cellules souches
- UMDNJ Stem Cell and Regenerative Medicine , fournit du matériel pédagogique et des ressources de recherche
- Recherche sur les cellules souches à l'Université Johns Hopkins