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Chapitre 1 d’UE6 : Hématopoïèse et sa régulation

I. Introduction : lien entre les cellules du sang et la moelle osseuse

Leucocytes (Globules blancs) : ne restent pas longtemps dans le sang circulant, ils vont être attirés vers le foyer

infectieux par des facteurs chimioattractants pour effectuer leur rôle de bactéricidie (en général) pour neutraliser

l’agent infectieux, pathogène.

Polynucléaires Neutrophiles : interviennent dans les défenses de l’organisme contre les bactéries.

Polynucléaires Eosinophiles : défense de l’organisme contre les parasites, allergies.

Polynucléaires Basophiles : inflammation et allergie.

Monocytes : restent peu de temps dans le sang circulant, se déplacent vers le foyer infectieux et deviennent des

macrophages.

Lymphocyte : interviennent également dans la défense de l’organisme mais plutôt contre les agents viraux :

Natural Killer (NK) et T : immunité cellulaire

B : immunité humorale

Plaquettes : cellules anucléées qui interviennent dans la coagulation (Hémostase primaire pour être plus précis).

Erythrocytes (ou hématies ou globules rouges) : cellules anucléées : maintiennent fonctionnelle l’hémoglobine

pour véhiculer l’oxygène à tous les tissus.

Leucocytes

Plaquettes

150-

450.109/L

Erythrocytes

4-

6.1012/L

Polynucléaires

Monocytes

0.1-1.109/L

Lymphocytes

1-4.109/L

Neutrophiles

1,7-7.109/L

6-8h (Sang)

<3j (Tissus)

Attirés par le foyer infectieux

2j (Sang)

Deviennent macrophages dans

les tissus

Hétérogènes

Peut vivre des

années

8-10 jours 120 jours

Eosinophiles

0,05-0,5.109/L

8-12h (Sang)

<10j (Tissus)

Basophiles

<0,1.109/L

Inconnue

L’hématopoïèse :

Les cellules du sang sont différentes par leurs morphologies, leurs fonctions, leurs durées de vie, leurs durées de

séjours vasculaires, leurs quantités ainsi que leur répartition. Toutefois, un mécanisme physiologique doit permettre de produire cet ensemble bien défini et cette grande diversité. Ce mécanisme, appelé l’hématopoïèse, implique donc:

un aspect quantitatif : une capacité de prolifération et de renouvellement

un aspect qualitatif (ici de différenciation) : une capacité de diversification

un aspect relatif à l’équilibre et l’homéostasie : une capacité de régulation L’hématopoïèse se définit ainsi comme « l’ensemble des mécanismes qui assurent la production constante et

régulée des différentes cellules sanguines »

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Cette production est régulée notamment par des facteurs de croissance (présent au niveau de la niche

hématopoïétiques ou microenvironnement). Les cellules souches hématopoïétiques (CSH) sont capables de générer

la totalité des éléments du sang.

II/ Ontogenèse L’ontogenèse est l’étude de la croissance et le développement d’un individu (ou d’un tissu) depuis la

fécondation de l’œuf jusqu’à l’âge adulte.

Il y a deux vagues successives de production de CSH :

L’hématopoïèse primitive a lieu dans le sac Vitellin qui est un site extra-embryonnaire. Les CSH vont y être produite jusqu’à J8.

L’hématopoïèse définitive a lieu dans l’AGM, site intra-embryonnaire. Cette production de CSH va ensuite coloniser l’ensemble des organes hématopoïétiques (foie, rate, thymus).

AGM= Aorte-gonado-mesonephros (aorte, ébauches des crêtes génitales et ébauche du rein) Le placenta est également capable de produire des CSH embryonnaires.

III/ Les différents compartiments médullaires Il existe 4 compartiments :

Les cellules souches hématopoïétiques (CSH)

o Ces cellules ont la particularité de pouvoir s’autorenouveler et sont multipotentes.

Les progéniteurs

o Ces cellules sont engagées dans un lignage cellulaire, elles ont perdu leur capacité.

Les précurseurs

o Elles ont une capacité de prolifération qui est moindre, elles se divisent et maturent.

Les cellules matures

o Ce sont les cellules fonctionnelles qui passent dans le sang.

Caractéristiques des CSH

o Cellules peu nombreuses (0.01-0.1% des cellules de la moelle) o Cellules indifférenciées o Absence de marqueur spécifique o Non reconnaissables morphologiquement o En majorité quiescentes (G0) o Engagement dans une voie de différenciation par division asymétrique o Deux propriétés les définissent : l’autorenouvellement et la multipotence

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Mise en évidence :

Expérience de greffe de moelle d’un donneur syngénique à des souris irradiées (Till et Mc Culloch 1961).

Cela démontre que chaque colonie dérive d’une CSH dite CFU-Spleen

La Leucémie Myéloïde Chronique (LMC). Il s’agit d’un accident génétique acquis avec translocation

équilibrée entre les chromosomes 9 et 22.

Cette anomalie génétique va être retrouvée chez toutes les cellules hématopoïétiques. Cette maladie a donc été

transmise par une cellule souche multipotente mutée.

Les cellules souches hématopoïétiques ne possèdent pas de marqueurs de

surfaces propres ce qui se traduit par la notation Lin-1. Le marqueur CD34 est un marqueur de cellules souches mais n’est pas propre aux CSH (il est

inutile de retenir les autres marqueurs).

Les progéniteurs

Les progéniteurs représentent 1% des cellules de la moelle. Ils descendent des CS multipotentes, continuum.

Ils ont perdu leurs propriétés d’autorenouvellement et de multipotence. Ils ont tout de même une grande capacité

de prolifération et de différenciation. Ils sont non reconnaissables morphologiquement au microscope mais on

peut les mettre en culture pour pouvoir les identifier par leurs Ag de Surface.

Mise en évidence de façon indirecte en culture in vitro:

Test clonogénique quantitatif en milieu semi-solide (méthylcellulose) : en l’absence de stroma et en présence de facteurs de croissance, le test dure moins de 3 semaines.

Culture à long-terme en milieu liquide: en présence de stroma et sans facteur de croissance, elle dure 8-10 semaines. Elle permet une culture de progéniteurs plus immatures pour un test clonogénique ensuite.

On peut déterminer et identifier les colonies (CFU, Colony Forming Unit) et à partir de là quantifier

rétrospectivement les progéniteurs eux-mêmes.

Les précurseurs médullaires Les précurseurs médullaires ont un rôle de multiplication et de maturation terminale dans l’hématopoïèse. Ils

sont reconnaissables morphologiquement et par des ag de surface (coloration du frottis). Ils sont aussi

spécifiques de lignées : Glycophorine A (CD235) pour la lignée érythroïde. Pour la fin du processus de maturation, les cellules matures (par ex : réticulocytes) quittent la moelle osseuse

(diapédèse) vers la circulation sanguine et deviennent des GR en 24-48h.

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IV. Les différentes lignées hématopoïétiques

L’érythropoïèse

5-6 jours nécessaires pour la maturation en réticulocytes

Réticulocyte Erythrocyte : 24h

La lignée érythroblastique

CFU-E : Dernier stade du progéniteur (le plus mature)

PROER (Proérythroblaste) ERB (Érythroblaste basophile)

ERP (Érythroblaste polychromatophile)

ERA (Érythroblaste acidophile)

Morphologiquement on ne distingue pas les polychromatophiles I

et II entre eux. On sait seulement qu’il y a quatre divisions

cellulaires (on a établi arbitrairement qu’il y avait deux stades polychromatophiles mais dans certains livres on trouvera deux

stades basophiles plutôt)

Il y 1011

GR à produire par jour soit près de 200 milliards/J. Le

stroma et les cytokines ont un rôle dans cette homéostasie ainsi

que l’EPO. Beaucoup d’hormones régissent cette équilibre comme les

Androgènes, la T4, l’IGF-1 …

Les besoins et apports en Fer, vitamines B12 et B9 sont également des facteurs régulateurs.

Si on n’a pas assez d’hémoglobine alors on est en anémie et en

hypoxie (Attention ! on définit l’anémie sur la baisse de la

concentration en d’HEMOGLOBINE et non pas sur la baisse du nombre de GR)

Si on a trop d’hémoglobine alors on retrouve une polyglobulie et

une hyperviscosité.

Les marqueurs importants de la différenciation érythrocytaire: Le marqueur CD36 de la BFU-e mature à l’érythroblaste acidophile. Le marqueur CD71 présent de la CFU-e aux réticulocytes. Le marqueur CD235 ( glycophorine A) des précurseurs érythroîdes (proérythroblaste) jusqu’au Globule Rouge

La mégacaryopoïèse:

La lignée

mégacaryoblastique

Promégacaryoblaste (dernier progéniteur le plus mature de la lignée mégacaryocytaire)

mégacaryoblaste (4 à 8 noyaux)

mégacaryocyte basophile mégacaryocyte granuleux (8 à 64 noyaux)

mégacaryocyte mature (plaquettogène)

plaquettes

Les marqueurs de la

différenciation

Mégacaryocytaire :

Le marqueur CD36 du micromégacaryocyte (retrouvé ici aussi car il y a un

progéniteur commun entre lignée érythroiîde et mégacaryocytaire)

Le facteur VIII du mégacaryocyte Les marqueurs CD41 (+++), CD61 et CD42 (+++) des plaquettes

La lignée granuleuse neutrophile La lignée monocytaire

12 jours au total (Myéloblaste Myélocyte : 5 jours |

Myélocyte PNN : 7 jours)

2 jours au Total

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Marqueurs spécifiques des lignées :

CD13 pour la lignée Granulomonocytaire

CD13 / CD15 pour la lignée

Granulocytaire

CD14(+++) / CD15 pour la lignée

Monocytaire

V. Régulation de l’hématopoïèse

La production régulée des cellules du sang (hématopoïèse) se déroulant dans la moelle osseuse comporte

différents mécanismes de régulation : contrôle par les facteurs de croissance hématopoïétiques; contrôle par des interactions entre les cellules et le tissu médullaire (matrice extracellulaire + autres

cellules) Le stroma se compose de cellules stromales (fibroblastes, myofibroblastes, adipocytes, macrophage…) et d’une

MEC. Cet ensemble permet une adhésion, une liaison aux facteurs de croissance ou leur inhibition et forme un réservoir important. On peut distinguer deux stromas:

anatomique composé de fibroblastes, de cellules endothéliales, d’adipocytes, de fibronectine, de cellules

musculaires lisses, de filets nerveux et de monocytes/macrophages. fonctionnel composé de fibroblastes, de cellules endothéliales, de monocytes/macrophages, de

lymphocytes (IL-3) et d’ostéoblastes (G-SCF)

La MEC est quant à elle composée de glycoprotéines, de collagène I, III, IV, V, de fibronectine, de protéoglycanes,

de laminines, de vibronectine et de thrombospondine !!!L’EPO est synthétisée dans le rein et non dans la moelle ossuse comme les autres cytokines!!!

Quelques arguments expliquant le rôle du stroma dans la régulation de l’hématopoïèse:

Des anomalies hématologiques secondaires à des anomalies du microenvironnement arrivent en cas de mutation du gène du SCF Stem Cell Factor (souris Sl/Sld ou W/Ww) et de son récepteur, c-kit

Inefficacité des greffes de moelle osseuse en cas d’anomalies du stroma

Culture in vitro : si on ne met pas de facteur de croissance on n’aura pas de cellules. Le stroma est une source de facteurs de croissance, de molécules inhibitrices, molécules d’adhésion qui sont :

secrétées et relarguées sous forme soluble;

secrétées et réabsorbées sur la MEC (protéoglycane)

secrétées en restant ancrées à la membrane de la cellule stromale (SCF) Les cytokines ou facteurs de croissance sont des glycoprotéines de 21 à 90KDa monomériques ou dimériques.

La synthèse est effectuée par le stroma (sauf EPO-rein et TPO-foie (Thrombopoïétine)

Elles agissent à faible concentration.

Elles peuvent se répartir en 3 catégories :

À action directe, non spécifique de lignée (étapes précoces) = “cytokines de prolifération”

À action directe et spécifique de lignée (étapes tardives) = “cytokines de différenciation”

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À action synergique Elles présentent une action hiérarchisée, une redondance d’activité, une régulation positive et négative. Les rôles des facteurs de croissance sont multiples: survie, prolifération et différenciation

Les récepteurs des facteurs de croissance hématopoïétique peuvent être classés en deux grandes familles :

Les récepteurs à activité tyrosine-kinase comme le récepteur c-kit

Les récepteurs de cytokines comme la R-Erythropoïétine ou la R -Thrombopoïétine

VI. Exploration de l’hématopoïèse

Pour explorer la moelle osseuse, on peut réaliser un myélogramme (cytologie) ou une biopsie-ostéo-médullaire

(histologie)

La moelle osseuse normale

Il y a une pyramide de maturation c’est-à-dire qu’il y a plus d’éléments matures que de cellules jeunes.

Il existe des blocages de différenciation: Neutropénie, thrombopénie, anémie… ces maladies peuvent consister en

un défaut de cytokine

une anomalie du récepteur

une anomalie d’un facteur de transcription

d’autres phénomènes (ribosome…) Les pré-leucémies peuvent consister en plusieurs anomalies séquentielles au cours du temps Les leucémies aiguës consistent en une anomalie d’un facteur de transcription et des anomalies moléculaires

acquises. Tout cela entraîne une expansion clonale maligne.

Rapport M/E = myéloïdes granuleux / érythroïdes