Le cartilage

Hang-Korng EaUMR 606 & Université Paris 7

Hôpital Lariboisière

Dia corvol 6

Plaque de croissance et formation osseuse

Cartilage de croissance et formation osseuse

• Ébauche cartilagineuse (d)• Formation du périchondre• Fronts d’ossifications etc…

BMP-2,PTH-rP FGF

Cartilage de croissance

Histo encore

Différenciation de la plaque de croissance

De Combrugghe, 2001

ostéoblastes

adipocytes

chondrocytes

Cellules souchesmésenchymateuses

Cbfa1 /

runx2

PPAR 2

Sox 9

myocytes

Myo D, MEF2

Différenciation chondrocytaire

• Sox 9 : cofacteur sox 5 et 6• Se lie sur le promoteur de Col II • Induit la condensation mésenchymateuse• Inhibe l’hypertrophie

Dysplasie campoméliqueHypoplasie de tous les osInversion sexuelle chez les sujets XYMort à la naissance par insu. resp

Différenciation chondrocytaire : Sox5 and 6

Souris KO Sox5Sox6 mort in utero

Souris KO Sox5 ou Sox6 : anomalie minime du squelette

Condensation mésenchymateuse normale

Pas de différenciation chondrocytaire

Plaque de croissance altérée : hypertrophie chondrocytaire précoce

Smitts, 2001

Différenciation chondrocytaire : Runx-2

(Cbfa1)• Runt-domain family

• Exprimé dans ostéoblastes, chondrocytes hypertrophiques

• Différenciation ostéoblastes

• Souris KO Cbfa1 :

• Pas de formation osseuse endochondrale ni intramembraneuse

• Inhibition de l’hypertrophie chondrocytaire

Inada, 1999

GP chondrocyte differenciation: Runx-2

(Cbfa1)Haploinsuffisance de Runx-2 chez l’homme

Dysplasie cléidocrâniale

• Hypoplasie des clavicules

• Retard de ferméture des fontanelles

• Dysplasie squelette

Otto, 1997

Cellule préchondrocytaire

Cellule multipotentemyocyte adipocyte

Chondrocyte différentié

Chondrocyte hypertrophique

BMP-2/4SOX-9

Collagène I, IIIfibronectine

Collagène X,

apoptose

MODULATION DU PHENOTYPE CHONDROCYTAIRE

Collagène II

le chondrocyte hypertrophique

Synthèse de

• Collagène de type X,

• Facteur induisant la formation des vaisseaux (VEGF),

• de phosphatase alcaline Calcification du cartilage,

• Apoptose

BMP et cartilages

• Famille de facteurs de croissance et membres de la famille du TGF

• BMP 2 et 7, impliqués dans le développement du cartilage

• Stimulent la synthèse de collagène et de protéoglycanes

• Induit « de novo » la formation de cartilage• Induit expression de IHH par les

chondrocytes pré-hypertrophiques

Indian Hedge hog

Hedgehog et cartilage

Famille Hedgehog

• Sonic HH : polarisation des organes

• Desert HH : cellules germinales• Indian HH : Développement os endochondral

Récepteur Ihh : Patched-1 (Ptc-1)

Liaison de Ptc-1 active Smoothened

Ihh sécrété par chondrocytes pré/hypertrophiques

Souris KO Ihh

• Diminution de la prolifération des chondrocytes

• Augmentation des chondrocytes hypertrophiques

• Absence d’ostéoblaste au périchondre St Jacques 1999

Prolifération des chondrocytes : rôle des BMP et de Ihh

IHH sécrété par chondrocyte ZZBMP sécrété par chondrocyte YYBMP et Hedgehoge augmentent tous deux la prolifération des chondrocytesD’une manière indépendante,Et n’ont pas d’effet direct sur leur différenciation en chondrocytes hypertrophiques

BMP induit Ihh et Ihh induit BMP???

PTHrP

Cartilage et PTHrP

Sans récepteur fonctionnel PTH/PTHrP

Ossification endochondrale précoce

Hypoplasie osseuse

Karaplis 1994, Lanske 1996

Acquisition du phénotype hypertrophique : rôle de Ihh et PTHrP

Hedgehog : sécrétion par chondrocytes hypertrophiques induit la sécrétion de PTHrP par les chondrocytes proliférantDont les récepteurs sont sur les Chondrocytes préhyprtrophiques

PTHrP prévient la différenciation des chondrocytespréhypertrophiques en hypertrophiques

PTHrP =Parathyroid hormone related proteinIhh = Hedgehog

FGF et cartilage

• FGF : famille de facteurs de croissance (9) avec plusieurs récepteurs (5)

• Facteur accélérant la différenciation des chondrocytes dans le phénotype hypertrophique et diminuant leur prolifération.

• Mutation activatrice de FGF-R3 ⇨ maturation trop rapide de la plaque de croissance ⇨ nanisme avec membres courts = achondroplasie

Achondroplasie

Achondroplasie = nanisme le plus fréquent (prévalence= 4/1000)

 

Mutation activatrice dans le domaine trans-membranaire du FGFR 3 : différenciation accélérée chondrocytes de la plaque de croissance

Achondroplasie

FGFs

Interaction of FGF, BMP and Ihh signaling

Cartilage chez l’adulte

Le cartilage articulaire

Cartilage articulaire

Matrice extracellulaire Chondrocytes

• Avasculaire

• Non innervé, alymphatique

• 2-5% de cellules

• 95% de matrice extracellulaire

Zone superficielle

Zone moyenne

Zone profonde

TidemarkZone calcifiée Os sous-chondral

Cartilage articulaire

Matrice extracellulaire

• Collagène de type II, fibrillaire

• Protéoglycanes: agrécane

• Petites molécules non collagéniques

• Petites molécules riche en leucine: small leucin-rich protein (SLRP)

• Collagènes « mineurs »

Matrice cartilagineuse

• Collagène II : spécifique cartilage et vitrée, fibrillaire.

90-95% du réseau de collagène

• Collagène IX non fibrillaire associé au II

• Collagène X marqueur des chondrocytes

hypertrophiques, minéralisation du cartilage

• Collagène VI adhésion des chondrocytes à la matrice

• Collagène XI initie la nucléation fibrillaire

Résistance au forces de tension et cisaillement

Matrice cartilagineuse

• Glycosaminoglycanes

forte charge négative ⇨ Na+ ⇨ grandes quantités d'eauconformation très étirée ⇨ volume considérable par rapport à la masse ⇨ résistance au forces de compression

Acide hyaluronique : non lié aux protéines, très long (25 000 disaccharides)

• Protéoglycanes du cartilageAgrécane : forme des agrégats de gros protéoglycanes, branché sur l’acide hyaluroniqueDécorine et biglycane très petits

Les Glycosaminoglycanes

Dudhia 2005 CMLS

Acide hyaluronique et agrécanes

• Acide hyaluronique

• Agrécane

Agrécanes et résistance aux forces de compression

Kiani 2002 Cell Research

Matrice cartilagineuse III

Les SLRP (Small leucin-rich proteins)

• 6 ou 10-11 LRR

• 5 familles

Gpe I: décorine, biglycan, asporine

Décorine et biglycan lient collégène II et VI, régulent formation du réseau

Gpe II: fibromoduline, lumican…

• Nombreuses fonctions cellulaires

Délétion de décorine et biglycan: anomalie des fibrilles

Délétion de la fibromoduline: arthrose

Matrice cartilagineuse III

• Protéines non collagèniques– Matrilines – Thrombospondines– Fibronectine– Tenascine– Matrix Gla protéine : empêche la

minéralisation – Elastine (cartilage élastique)

Décorine ++ Collagène II Agrécane

Protéoglycane

Zone superficielle

Zone moyenne

Zone profonde

TidemarkZone calcifiée Os sous-chondral

Orientation des fibres de collagènes

MEC et organisation du cartilage

Heinegard 2010 Nat Rev Rheum

Le cartilage articulaire

Remodelage du cartilage

• Chondrocytes responsables du renouvellement (synthèse + dégradation) de la matrice

• Dégradation : Protéases : métalloprotéases dont « agrécanases » et dérivés oxygénés

• Régulés par des facteurs locaux (cytokines et facteurs de croissance) sécrétés par les chondrocytes ou les cellules de voisinage (synoviocytes, cellules osseuses et inflammatoires)

Interaction os-cartilage

MMP-1-9-13,ADAMTS-4&-5…

IL-1 & -6PGE2

IGF-1TGF-β

?

Interaction os-cartilage

Fünck-Brentano 2011 Cytokine Growth Factor Rev

Kiani 2002 Cell Research

Sites de clivage de l’agrécane

Homéostasie du cartilage

IL1-Ra, sTNF-RIL4, IL10, IL13

IL-6IL-8

IL1, TNFα, IL18

DÉGRADATIONIGF, BMPs, TGFβ

SYNTHÈSE

MMP-3, 13ADAMTS-4 ADAMTS-5

Collagène IIProtéoglycanes

BIOMECANIQUE CHONDROCYTAIRE

• Sensibilité des chondrocytes à la pression statique et cyclique : - Étirement, tension, pression, flux liquidien, déchirure

• Conséquences : - ouverture de canaux calciques- phosphorylations protéiques- expression génique et synthèse protéique

•Intégrines = MECANORECEPTEURS

Synthèse de protéases, cytokines, etc…

Stimulation extérieure et signalisation

chondrocytaire

Stimulation mécanique

Loeser 2009 Osteoarthritis Cartilage

Vieillissement du cartilage

Forsyth 2005 J Gerontol Biol Sci

Vieillissement et réponse chondrocytaire

AGEs et arthrose

Advanced Glycation End-products

Verzijl 2003 Curr Opin RheumLoeser et al.

DeGroot 1999 Arthritis Rheum

AGEs diminuent la synthèse des protéoglycanes

Verzijl 2002 Arthritis Rheum

AGEs augmentent la dureté du cartilage

Anderson 2010 Best Pract Res Clin Rheumatol

Vieillissement et arthrose

• Mechanic

• Cartilage calcification

Cartilage arthrosique

Expression des protéases

IGF, BMPs, TGFβSYNTHÈSE

IL1, TNFα, IL18

DÉGRADATION

Normal Arthrose

MODIFICATIONS QUANTITATIVES

NORMAL OA

MODIFICATIONS QUALITATIVES

• Dégradation de la matrice +++

•Synthèse d’une matrice de moindre qualité•Modification de l’état de différenciation des chondrocytes•Calcification de la matrice

• Perte cellulaire

Le cartilage arthrosique