HEMATOPOIESE

HEMATOPOIESE
DEFINITION :
Ensemble des phénomènes qui concourrent à la
fabrication et au remplacement continu et régulé
des cellules sanguines
F.Galland , L2 Biologie intégrée
LES CELLULES SANGUINES
Érythrocytes
=
globules rouges
Leucocytes = globules blancs
Polynucléaires = Granulocytes
hématies
neutrophile
éosinophile
basophile
monocyte
lymphocyte
LES CELLULES SANGUINES
Type de cellules
Fonction
Globules rouges
Transport O2
Plaquettes
Système de
coagulation
Polynucléaires
neutrophiles
Phagocytose
bactéricidie
Poly. éosinophiles
Dégranulation
Poly. basophiles
Dégranulation
Mastocytes
Dégranulation
Monocytes /
macrophages
Phagocytose
Lymphocytes T
Immunité cellulaire
Lymphocytes B
Production d’AC
LES CELLULES SANGUINES
Très différenciées : éléments terminaux et fonctionnels
de «LIGNEES CELLULAIRES »
Durée de vie courte :
GR env.120j
plaquettes env. 7j
GB env. 1j
(sauf lymphocytes mémoires plusieurs années)
peu ou pas de possibilité de division
(plaquettes,GR n’ont pas de noyau)
Nombre très élevé : production très importante
1013 cellules sanguines / jour
2 Millions de GR / seconde
LES CELLULES SANGUINES
La numération globulaire
nbre de globules rouges (GR), globules blancs (GB ou leucocytes) et plaquettes par
unité de volume de sang.
Résultats normaux :
oGR : 5 000 000 ± 500 000 par microlitre, chez l'homme
o
4 500 000 ± 500 000 par microlitre, chez la femme
oGB : 7 000 ± 3 000 par microlitre, chez l'adulte
oPlaquettes : 150 000 à 450 000 par microlitre
La formule sanguine (ou formule leucocytaire)
nbre de chacune des différentes populations de leucocytes.
actuellement, les résultats exprimés en nbre absolu par microlitre (1 µl = 1 mm3) plutôt qu'en % des différentes
variétés de leucocytes :
oGranulocytes neutrophiles : 1 800 à 8 000
oGranulocytes éosinophiles : 50 à 500
oGranulocytes basophiles : < 100
oLymphocytes : 1 500 à 4 500
oMonocytes : 100 à 1 000
Siège de l’HEMATOPOIESE
chez l’homme : la MOELLE OSSEUSE
vie intra-utérine :
tissu conjonctif jusqu’au 2e mois
foie fœtal du 2e au 6e mois
médullaire à partir du 4e mois
après la naissance :
exclusivement médullaire
chez la souris : moelle osseuse + rate
Les compartiments de l’hématopoièse
Toutes les cellules sanguines sont produites à partir
d’une même cellule indifférenciée :
la «cellule SOUCHE TOTIPOTENTE »
Sous l’influence de facteurs stimulants une cellule
souche totipotente va s’engager dans la
différenciation d’une «LIGNEE CELLULAIRE »
La cellule souche pluripotentielle prolifère et se
différencie en précurseurs hématopoiétiques de
plus en plus engagés dans un lignage pour générer
au final des cellules sanguines matures
Les compartiments de l’hématopoièse
4 compartiments :
cellules souche totipotentes
multipotentialité
les PROGENITEURS
cellules souches qui se sont engagées dans
un lignage cellulaire
les PRECURSEURS
se divisent et maturent
les cellules matures
fonctionnelles qui passent dans le sang
Les compartiments de l’hématopoièse
lymphocyte T
CFU-L
progéniteur T
lymphocyte B
progéniteur B
hématies
BFU-E
CFU-E
érythroblaste
plaquettes
CFU-MK
mégacaryocyte
granulocyte
neutrophile
CFU-G
CFU-GEMM
Myéloïde neutrophile
Monocyte
CFU-GM
CFU-M
promonocyte
granulocyte
éosinophile
CFU-Eo
My. éosinophile
basophile
CFU-B
cellule
souche
PROGENITEURS
My. basophile
PRECURSEURS
cellules matures
LES CELLULES SOUCHE TOTIPOTENTES
localisées dans la moelle osseuse
(+/- sang)
peu nombreuses :
0,01 – 0,05% des cellules médullaires
non identifiables morphologiquement
expriment le marqueur de surface CD34
la majorité au repos en G0 à l’état normal
CD34
LES CELLULES SOUCHE TOTIPOTENTES
autorenouvellement
2 propriétés essentielles
Auto-renouvellement:
reproduction à l’identique
maintien le pool de cellules
souches
cellule souche
totipotente
différenciation
Différenciation:
en réponse à un signal exogène
la cellule se divise en se différenciant
de façon irréversible
elle perd sa totipotence pour devenir
une cellule souche « engagée »
signal
cellule souche
engagée
Hématopoièse normale:
Equilibre entre la production de cellule souche par auto-renouvellement et
la perte par différenciation
LES CELLULES SOUCHE TOTIPOTENTES
Mise en évidence chez la souris (Till & Mc Culloch ; 1961)
Irradiation à dose létale (100 RAD)
destruction du tissu hématopoiétique
aplasie médullaire
Greffe de cellules de
moelle osseuse d’une
souris syngénique
L’animal ne meurt pas : « reconstitution » du tissu hématopoiétique
les cellules souches de la moelle gréffée sont capables de
reconstituer les différentes lignées hématopoiétiques
LES CELLULES SOUCHE TOTIPOTENTES
Mise en évidence chez la souris (Till & Mc Culloch ; 1961)
Irradiation à dose létale (100 RAD)
destruction du tissu hématopoiétique
aplasie médullaire mortelle
Greffe de cellules de
moelle osseuse d’une
souris syngénique
8-10 jours post-greffe apparition de
nodules = amas cellulaires = « COLONIES »
au niveau de la rate
CFU-S = « colony forming unit – Spleen »
CFU-S = « colony forming unit – Spleen »
Toutes les cellules d’une même colonie proviennent d’une
même cellule souche
Exp. : anomalies chromosomiques générées sur les cellules de moelle injectées
-> toutes les cellules d’une même colonie ont la même anomalie chromosomique
Linéarité entre le nombre de cellules injectées et le nombre
de colonies
Les CFU-S sont totipotentes
Les colonies contiennent plusieurs types de lignages cellulaires
Les CFU-S ont un potentiel d’auto-renouvellement
l’injection d’une colonie splénique à une nouvelle souris irradiée permet la recontitution
de l’hématopoièse de cette souris
LES PROGENITEURS
La première différenciation de la cellule souche totipotente
G0
G1
DIVISION
PROGENITEURS
ils perdent progressivement
leur capacité d’autorenouvellement au fur et à
mesure qu’ils avancent
dans leur différenciation
cellule souche
totipotente
signal
cellules souches
« engagée »
DIFFERENCIATION
LES PROGENITEURS
La première différenciation de la cellule souche totipotente
progéniteur commun
Lymphoïde
CFU-L
« colony forming unit »
lymphocytaire
Division et différenciation
cellule souche
totipotente
facteur de
croissance
CFU-GEMM
progéniteur commun
Myeloïde
« colony forming unit »
granulocytaire
erythrocytaire
megacaryocytaire
monocytaire
Les cultures en milieu semi-solide
milieu semi-solide (methylcellulose)
limite la migration des cellules proliférant en culture
cellules de
moelle
osseuse
+
facteurs de
croissance
10j
CFU-
LES PRECURSEURS
localisées dans la moelle osseuse
ont perdu toute capacité d’auto-renouvellement
les premières cellules morphologiquement identifiables de
chaque lignée
modifications spécifiques
noyau : polylobulation
cytoplasme : granulations
membranes : expression de marqueurs de surface
LES PRECURSEURS
à chaque stade de maturation correspond une division cellulaire
-> les 2 cellules filles issues d’une mitose sont différentes de la cellule mère
Lignée érythroblastique
Pro-érythroblaste
E. basophile I
E. basophile II
E. polychromatophile
E. acidophile
Réticulocyte
rendement élevé de l’hématopoièse = plusieurs mitoses
exple: 4 mitoses = 1 précurseur pro-érytroblaste -> 16 cellules filles réticulocytes
HEMATOPOIESE
l’ensemble de l’hématopoièse se déroule dans la
moelle osseuse
seules les cellules matures et fonctionnelles passent
dans le sang
le sang n’est qu’un lieu de transport pour gagner le lieu
de fonction -> les tissus
certaines cellules peuvent encore se différencier :
Les monocytes
monocytes circulants -> macrophages résidents
Les lymphocytes
lymphocytes T effecteurs / mémoires
lymphocytes B sécrétant des anticorps / mémoires
La régulation de l’hématopoièse
Le « MICROENVIRONNEMENT » MEDULLAIRE
Le « STROMA » : fibroblastes, cellules épithéliales, endothéliales,
adipocytes, macrophages
Le stroma medullaire assure l’organisation générale de la moelle en
« niches » hématopoiétiques favorables aux cellules souches pour leur
maintien, leur engagement dans un lignage et leur progression dans leur
différenciation
la communication Stroma/cellule hématopoïétique en maturation :
interaction par contact direct
signaux solubles : « Facteurs de croissance » , cytokines, chimiokines
Les facteurs de croissance de promotion
capables d’agir sur les cellules souches totipotentes
augmentent le nbre de cellules souches en cycle cellulaire
CFU-L
BFU-E
SCF: « stem cell factor »
interleukines
IL-1
IL-4
IL-6
CFU-E
cellule
souche
totipotente
CFU-MK
CFU-G
CFU-GEMM
CFU-GM
CFU-M
CFU-Eo
CFU-B
Les facteurs de croissance multipotents
Exple: GM-CSF « granulocyte-monocyte colony stimulating factor »
lymphocyte T
progéniteur T
CFU-L
lymphocyte B
progéniteur B
hématies
BFU-E
CFU-E
érythroblaste
plaquettes
CFU-MK
mégacaryocyte
CFU-G
CFU-GEMM
granulocyte
neutrophile
Myéloïde neutrophile
CFU-GM
GM-CSF
Monocyte
CFU-M
CFU-Eo
promonocyte
granulocyte
éosinophile
My. éosinophile
basophile
CFU-B
My. basophile
Les facteurs de croissance restreints
Exples: IL-7 « interleukine 7 », EPO « erythropoïétine », TPO « thrombopoïétine »,
G-CSF « granulocyte colony stimulating factor », M-CSF « monocyte colony stimulating factor »
IL7
lymphocyte T
progéniteur T
CFU-L
lymphocyte B
progéniteur B
BFU-E
CFU-E
EPO
hématies
érythroblaste
plaquettes
CFU-MK
TPO
mégacaryocyte
G-CSF
granulocyte
neutrophile
CFU-G
CFU-GEMM
Myéloïde neutrophile
CFU-GM
Monocyte
CFU-M
promonocyte
M-CSF
granulocyte
éosinophile
CFU-Eo
My. éosinophile
basophile
CFU-B
My. basophile
Le contrôle génique de l’hématopoièse
des facteurs de transcription hématopoïétiques régulant l’engagment des
cellules dans un lignage
GATA-3
lymphocyte T
PAX5
lymphocyte B
CFU-L
PU-1
IKAROS
GATA-1
BFU-E
CFU-E
SCL
FOG-1
hématies
NFE2
plaquettes
CEBP-α
granulocyte
neutrophile
érythroblaste
GATA-1
CFU-MK FOG-1
c-myb
CFU-GEMM
CFU-G
PU-1
mégacaryocyte
Myéloïde neutrophile
CFU-GM
Monocyte
CFU-M
CFU-Eo
promonocyte
granulocyte
éosinophile
My. éosinophile
basophile
CFU-B
My. basophile
Les compartiments de l’hématopoièse
distribution de l’expression de marqueurs de surface
Cellule souche totipotente
CD34+, CD38-, HLA-DR-, CD33-,
CD34 +
CFU-GEMM
CD34+, CD38+, HLA-DR+,
BFU-E P 14-20 J
CD34+, CD38+,
HLA-DR+,
CD33+
CD34+,
CD38+,
HLA-DR+,
CD33+,A,B,H+/
CD34+/-CD33+/CD38+,
HLADR+/A,B,H,GPC+
CFU-Meg 14 J
CFU-GM
14 J
BFU-E
10-12 J CFU-GM
7J
CD34+, CD38+,
HLA-DR+,
CD33+,CD15-
CD34+, CD38+,
HLA-DR+,
CD33+,CD15 +
CFU-E
7J
CD34+, CD38+,
HLA-DR+,
CD33+,CD15?,
GPIIbIIIa
CFU-Meg 7 J
CD34+, CD38+,
HLA-DR+,
CD33+,CD15?,
GPIIbIIIa+
CD34+, CD38+
HLA-DR+,CD33+
CD34 Proérythroblaste Promyélocyte
PromonocytePromégacaryoblaste