2-Hématopoïèse et cytokines hématopoïétiques
Transcript of 2-Hématopoïèse et cytokines hématopoïétiques
1
PHYSIOLOGIE DES CELLULES SANGUINES
Professeur David SMADJA
2- Hématopoïèseet cytokines hématopoïétiques
2020-2021
FACULTE DE PHARMACIE DE PARIS
1- Hématopoïèse1a- Définitions1b- Propriétés des cellules souches, progéniteurs et précurseurs hématopoïétiques1c- Tests fonctionnel pour l’étude l’hématopoïèse
2- Eléments de régulation- Niche hématopoïétique- Facteurs de croissance, cytokines- EPO / régulation hématopoïèse /oncogenèse
3- Utilisation cliniques des cytokines
Hématopoïèseet cytokines hématopoïétiques
2
� L’hématopoïèse est l’ensemble des processus qui concourent à la production de cellules hématopoïétiques différenciées à partir des cellules souches et des progéniteurs hématopoïétiques.
� Les processus sont l’auto renouvellement des cellules souches (CSH), la prolifération ou amplification cellulaire, la différenciation cellulaire, ainsi que la régulation de ces processus.
� Dans un organisme adulte, l’hématopoïèse siège dans la moelle osseuse.
� Le microenvironnement médullaire ou stroma participe à la régulation de l’hématopoïèse.
Quelques définitions…
Les Cellules Souches
Intestin Peau CerveauTissu
Hématopoïétique Muscle
EctodermeMésodermeEndoderme
Foie
TOTIPOTENTES
PLURIPOTENTES
MULTIPOTENTES
PROGÉNITEURS
¢ MATURES
3
Un compartiment de progéniteurs� en cycle , grande capacité de prolifération
Un compartiment de cellules souches� le plus souvent hors cycle cellulaire
Un compartiment de précurseurs� en cycle, en phase de différenciation
Un modèle hiérarchique composé de trois compartiments
• Hématopoïèse = remplacement continu et régulé des cellules sanguines
– Continu: vie intra-utérine jusqu’à la mort
– Régulé: homéostasie à l’état de base et adaptation aux situations pathologiques
• Production de 1013 cellules jour (2 millions de GR / seconde)
• Cellules souches hématopoïétiques
• Moelle osseuse:– à partir du 4ème mois de la vie fœtale dans tous les os jusqu’à 5ans
– Puis os courts et plats (sternum, os iliaques…)
6
Hématopoïèse normaleHématopoïèse normale
4
Hématopoïèse normaleHématopoïèse normale
7
Qu’’’’est ce qu’’’’une cellule souche hématopoïétique (CSH) ?
• Cellule multipotente capable de régénérer plusieurs populations cellulaires
• Chez l’’’’homme : présentes dans moelle osseuse et sang de cordon
• Faible % dans le sang circulant périphérique en l’’’’absence de stimulation (« mobilisation »)par des facteurs de croissance
Lin -CD34+CD38-cKit +CD133 +
CSH
5
Propriétés des CSPropriétés des CS
1 - Quiescence : maintien hors du cycle cellulaire
2 - Production continue des cellules sanguines
- autorenouvellement : retour en G0 après mitose-multipotence : génération de toutes les lignées-expansion ou différenciation
Définition fonctionnelle :Reconstituer l’hématopoïèse d’un animal irradié
Tests fonctionnels pour l’étude de l’hématopoïèse
CSH humaines?
CSH
Cultures à long terme
Pro
génit
eurs
LTC-ICMy, Ly
Tests clonogéniques
CFC
PRECU
SEU
RS
Cellule
s en c
ours
de m
atu
rati
on
Caractéristiques phénotypiques
6
1- Tests in vivo de transplantation xénogénique
SCID-RC3 - 4 mois
NOD-SCID
Irradiation sub-létale
(+ anti-CD122)
5 - 12 sem
2 sem
En pratique : identification des cellules souches humaines
Milieusemi-solide+ cytokines
2- Tests in vitro de culture
LTC-IC
Milieu+ sérum+ stroma
CFC
Tests clonogéniques
7
Propriétés des progéniteursPropriétés des progéniteurs
���� Production continue des cellules sanguines
- multipotence pour les plus immatures- prolifération - détermination : engagement dans la spécialisation
Progéniteurs multipotents : CFU-GEMMProgéniteurs bipotents : CFU-E-M (érythro et méga)Progéniteurs moniopotents : CFU-E (érythro)
Propriétés des précurseursPropriétés des précurseurs
���� Production des cellules sanguines matures
en réponse à un facteur de croissance
- Survie- Prolifération
- Différenciation
8
2a- Interactions directe cellules stromales - CSH : contacts
2b- Médiateurs : cytokines, chimiokines …
2c- Facteurs de transcription
2- Régulateurs principaux2- Régulateurs principaux
REGULATION DES CSHREGULATION DES CSH
- Auto-renouvellement
- Quiescence
- Différenciation
Facteurs extrinsèques(Cytokines, adhésines)
Facteurs intrinsèques(Facteurs de transcription)
et
Propriétés Régulateurs
9
2a- Interactions directes
cellules – cellules:
Niche des cellules souches
Niche des cellules souches (CS) = microenvironnement médullaire
Niche des cellules souches (CS) = microenvironnement médullaire
Notion de niche de CS auniveau de la zonetrabéculaire, supportéespar contacts cellulairesavec :
� Cellules stromales
� Ostéoblastes /ostéoclastes
� Cellules endothéliales
Kiel et al, Nature Immunology 2008
10
Niche des cellules souches = microenvironnement médullaire
Niche des cellules souches = microenvironnement médullaire
• Niche procure aux CS les facteurs de communication intercellulaire permettant :– D’attirer les CS vers cet environnement (chimiokines)
– Adhésion à cet environnement (molécules d’adhésion)
– Survie, prolifération et différenciation des CS (facteurs de croissance)
– Contrôle de la mobilisation des CS vers circulation
- Il existe 2 niches distinctes dans la moelle osseuse� Niche Ostéoblastique: Ostéoblastes et autres CSM
� Niche vasculaire: moins bien définie ���� endothélium spécialisé dans prolifération, différenciation et mobilisation des CS.
Kiel et al, Nature Immunology 2008
Mobilisation des CS/Progéniteurs par Inhibition de la rétention dans la niche
Mobilisation des CS/Progéniteurs par Inhibition de la rétention dans la niche
CS Proteases:-MMPs (MMP2, MMP9)-Elastase des Neutrophiles-Cathepsines
Proteases:-MMPs (MMP2, MMP9)-Elastase des Neutrophiles-Cathepsines
CS
os
Stem cells-Stromal cells interactions
-cKit Rc /mKit ligand-CXCR4 / SDF-1-α4β1 integrins / VCAM1 ou fibronectine
eNOS des cellules stromales �NO dans la nicheeNOS des cellules stromales �NO dans la niche
Les CS vont se loger au contact des cellules des travées osseuses �principalement des ostéoblastes
11
2b- cytokines hématopoïétiques2b- cytokines hématopoïétiques
Cytokines
• Glycoprotéines de 8 à 50 kDa
• Messagers de la communication cellulaire
• Propriétés des cytokines:
– Effet pléiotropique
– Cascade
– Redondance
22
12
Mode de sécrétion des cytokines
– Endocrine: consommation à grande distance(EPO, rein)
– Paracrine: consommation à courte distance(stroma médullaire)
– Autocrine parfois: producteur = consommateur
(boucles de régulation)
23
Familles des cytokines
• Interleukines: IL-1, …, IL-18
• Interférons: IFN α, β, γ• Colony stimulating factor:
GM/M/G-CSF
• Tumor necrosis factor: TNF, …
• Growth factor: VEGF, FGF, PDGF, …
• Chémokines: CXCL, CXC.. � Ex chemokine = SDF-1/CXCL12 et son Rc CXCR4
24
13
Types de facteurs de croissance hématopoïétiques
25
Cellules souches
Progéniteurs
Précurseurs
Cellules matures
FC de promotion
IL-6
FC de promotionSCF, IL-1, IL-4,
IL-6
Flt3 ligand
FC multipotentsIL-3, GM-CSF, Flt3 ligand
FC restreintsEPO, TPO, IL-5G-CSF,M-CSF
Facteurs de promotion et de survie cellulaire :
Stem cell factor (SCF) ou kit ligand
- viabilité des progéniteurs immatures et myéloïdes
- synergie avec d'autres cytokines : croissance des progéniteurs
immatures myéloïdes et érythroïdes (BFU-E)
- Interaction physiologique essentielle pour l'érythropoïèse du foie foetal
Flt-3 ligand :
- croissance des progéniteurs immatures myéloïdes et mégacaryocytaires
FACTEURS DE CROISSANCE HÉMATOPOIETIQUES
FACTEURS DE CROISSANCE HÉMATOPOIETIQUES
14
Facteurs de prolifération et différenciation
non spécifiques de lignée : interleukine - 3 (IL-3)interleukine - 6 (IL-6)
spécifiques de lignée :
. lignée granulo-macrophagique : GM-CSF, G-CSF, M-CSF
. lignée éosinophile : IL-5
. lignée érythroïde : Epo
. lignée méga : Tpo
. lignée lymphocytaire :maturation : IL-2, IL-4,croissance : IL-7différenciation plasmocytaire : IL-6
Cytokines: effet pléiotropiques !!!
• Exemple: IL-6– facteur de compétence des cellules souches hématopoïétiques capable
d'induire les cellules souches en phase quiescente G0 vers la phase G1 du cycle cellulaire.
– différenciation des cellules souches hématopoïétiques en cellules mégacaryocytaires capables de générer des plaquettes.
– différenciation des cellules B en cellules plasmocytaires, la prolifération des cellules plasmocytaires jeunes et leur différenciation en cellules plasmocytaires matures produisant les anticorps.
– différenciation de précurseurs cytotoxiques T en cellules cytotoxiques et effectrices.
– différenciation des cellules monocytaires en cellules ostéoclastiques capables de résorber l'os.
– cellules non hématopoïétiques:
» inducteur des protéines de phase aiguë de l'inflammation par les hépatocytes. C'est un facteur de prolifération des kératinocytes, un facteur de différenciation des cellules neuronales.
» prolifération des cellules mésangiales.
» principal facteur pyrogénique.28
15
29
IL 6
Lympho T cytotoxiques
Résorption osseuse
Lympho T
KératinocytesLignées phéochromocytome
Cellules mésangialescellules rénales
Hépatocytes
CRPSAAFIBHémopexineHaptoglobineAlpha1 AT
Albumine
-
+
Cellules souches
plaquettes
Lympho TPlasmocytes
Cytokines: effet pléiotropiques !Exemple: Il-6
Cytokines: effet pléiotropiques !Exemple: Il-6
30
Une même fonction biologique peut être exercée par plusieurs cytokines
� Exemple: IL-6– redondance de cytokines activation d’une même chaîne
transductrice et induction de son homodimérisation ou son hétérodimérisation avec d’autres chaînes transductrices.
– 5 cytokines ayant la même activité biologique que l'IL-6 :
– le ciliary neurotrophic factor ou CNTF
– leukemia inibitory factor ou LIF
– l'oncostatin M ou OSM
– l'interleukine-11 (IL-11)
– cardiotrophine-1
16
SCF, IL-1, IL-4, IL-6
31Proérythroblaste
CD15-CD15+
Cellules souches primitives
CFU-GEMM
BFU-E CFU-GM
CFU-Meg
CFU-Mast
CFU-E
Promyélocyte Promonocyte Promégacaryoblaste Mastocyte
GM-CSF
32Proérythroblaste
Cellules souches primitives
CFU-GEMM
BFU-E CFU-GM
CFU-Meg
CFU-Mast
CFU-E
Promyélocyte Promonocyte Promégacaryoblaste Mastocyte
CD15-CD15+
17
IL-3
33Proérythroblaste
Cellules souches primitives
CFU-GEMM
BFU-E CFU-GM
CFU-Meg
CFU-Mast
CFU-E
Promyélocyte Promonocyte Promégacaryoblaste Mastocyte
CD15-CD15+
CSF-1 ou M-CSF G-CSF
34
CD15+CD15-
Cellules souches primitives
CFU-GEMM
BFU-E CFU-GM
CFU-Meg
CFU-Mast
CFU-E CD15+CD15-
Cellules souches primitives
CFU-GEMM
BFU-E CFU-GM
CFU-Meg
CFU-Mast
CFU-E
18
EPO et TPO
35
TPOEPO
Proérythroblaste
Cellules souches primitives
CFU-GEMM
BFU-E CFU-GM
CFU-Meg
CFU-Mast
CFU-E
Promyélocyte Promonocyte Promégacaryoblaste Mastocyte
CD15-CD15+
- Glycoprotéine - Demi-vie : 4 à 7 h
- Production rénale à 90 % (cellules tubulaires)
Erythropoïétine
���� Rôle de HIF « hypoxia inducible factor » dans la synthèse EPO
VHL
VHL= protéine de Von Hippel-Lindau
Proline hydroxylase
O2
HIF-1α HIF-1α
Pro Pro Pro
OH OH
Dégradation par protéasome
Pro
HIF-1α
P
Stabilisation de HIF-1αααα, Fixation sur motif HREEt Activation de gènes régulés par PO2 dont EPO mais aussi VEGF …
P
19
ReinPO2 / hypoxie tissulaire
GR Circulant
Erythropoïétine
Régulation de la production d’Erythropoïetine par l e rein
Cellule Souche
Lignée-Erythroblastique
Régulation de la production d’Epo
Domaine extracellulaire
Domaine intracellulaire
1 seul domaine TM (peut être absent)
Domaine cytokine
Partie intracellulaire sans activité catalytique propre
N
C
Structure générale des récepteurs de cytokines
Membrane cellulaire
20
Récepteur de l’érythropoïétine
N-term
C-term
� cloné en 1989� chromosome 19 � 5 kb, 8 exons
� protéine 508 aa� 55 à 72-78 kDa� exons 7 et 8 du gène : partie
intracytoplasmique
D’Andrea et al, 1989
Epo
Mécanisme d ’activation de R-EPO
P
P
P
PP
P
PP
EpoEpo
JAK2
STAT5
Pi3-K
AKT
Anti-apoptoseCycle cellulaire
Prolifération
MAP-KAnti-apoptose
22
Mutation V617F de Jak-2:
• Exon 12 de Jak2• Domaine pseudokinase JH2• Valine à la place d’une phénylalanine sur le codon 617• Conduit à
– Une activation constitituve de jak2– Insensibilité au FC (ex Epo)– Exacerbation de la myélopoïèse via altération mécanismes de
survie/différenciation/prolifération
• Thérapeutique ciblée en cours d’’’’évaluation
-Vitamine A (acide rétinoïque): lignée granuleuse
�cours numéro 3
- Vitamine B12/Folates: lignée érythroblastique (GR) � cours numéro 6
-Vitamine A (acide rétinoïque): lignée granuleuse
�cours numéro 3
- Vitamine B12/Folates: lignée érythroblastique (GR) � cours numéro 6
Facteurs de régulation: pas que des cytokines…
23
• 1- Accélérer la reconstitution hématopoïétique in vivo
• 2- Mobilisation des précurseurs hématopoïétiques CD34 dans le sang P en vue d'une greffe hématopoïétique
• 3- Expansion des précurseurs hématopoïétiques in vitro
• 4- Correction d’anomalies génétiques par transfert de gènes dans les précurseurs hématopoïétiques
45
3- Utilisation Clinique des Cytokines
• 1- Granulocyte-Colony stimulating factors (G-CSF)
• 2- SDF-1/CXCR4
• 3- Erythropoïétine
• 4- Thrombopoïétine
Utilisation Clinique des Cytokines
���� Enseignement Dirigé���� Enseignement Dirigé