Aucun titre de diapositive · Immobilisation avec une colonie qui provient d’une seule cellule...

Hématopoïèse

Dr Elodie LAINEY

Service d’Hématologie Biologique

Hôpital Robert Debré - APHP

L2-UE6-Hématologie-2017

Plan

• Introduction : Les cellules sanguines

• Hématopoïèse versus Ontogenèse

• Les différents compartiments médullaires

• Détails lignée par lignée des différentes cellules hématopoïétiques

• Régulation de l’hématopoïèse

• Exploration de l’hématopoïèse en pratique clinique

Introduction

Les Cellules Sanguines

Quelles cellules retrouve-t-on dans le sang?

Monocytes

Neutrophile

Polynucléaires Eosinophile

Basophile

Cellule T

Cellule B

Natural Killer

Lymphocytes Immunité cellulaire

Immunité humorale

Défense de l ’organisme, surveillance immunitaire

(précurseur des macrophages)

Défense de l’organisme (Phagocytose et Bactéricidie)

Défense de l’organisme (Parasites, Allergies)

Inflammation et allergie

Quelles cellules retrouve-t-on dans le sang?

Erythrocytes /Globules Rouges

Plaquettes

Monocytes

Neutrophile


Basophile

Cellule T

Cellule B

Natural Killer

Lymphocytes Immunité cellulaire

Immunité humorale

Défense de l ’organisme, surveillance immunitaire

(précurseur des macrophages)

Défense de l’organisme (Phagocytose et Bactéricidie)

Défense de l’organisme (Parasites, Allergies)

Inflammation et allergie

Coagulation

Véhiculent l’oxygène

Quantité de cellules dans le sang ?


Plaquettes Neutrophile

Basophile

Cellule T

Cellule B

Natural Killer

0.1 à 1 .109/L 100-1000/µl

1.7 à 7.109/L = 1500 à 8000/µl

0.05 à 0.5.109/L = 50 à 500/µl

< à 0.1.109/L <100/µl

150 à 450.109/L

1 à 4.109/L 1500 – 4500/µl

4 à 6.1012/L

Monocytes


Lymphocytes

Durée de vie des cellules sanguines


Plaquettes

Monocytes

Neutrophile


Basophile

Cellule T

Cellule B

Natural Killer

Lymphocytes

2 jours (sang)

6-8 heures (sang) < 3 jours (tissus)

8-12 heures (sang) < 10 jours (tissus)

3-4 jours

8-10 jours

120 jours Fonctions hétérogènes: durées de vie hétérogènes exemple: fonction mémoire durée de vie = années

Morphologies différentes

Fonctions différentes

Durée de vie différente

Quantités différentes

Répartitions différentes

Cellules matures incapables de se

renouveler

28 grammes de sang nouveau par jour

2 millions de globules rouges produits par seconde

Tissu hématopoiétique: 4 à 6% du poids corporel

Un mécanisme physiologique doit permettre le remplacement des cellules sanguines…

- une capacité de prolifération et de renouvellement (quantitatif)

- une capacité de diversification (qualitatif = différenciation) - une capacité de régulation : équilibre/homéostasie

Morphologies différentes

Fonctions différentes

Durées de vie et séjours vasculaires

différents

Quantités différentes

Répartitions différentes

Cellules matures incapables de se

renouveler

Hématopoïèse

Ensemble des mécanismes qui assurent la production

constante et régulée des différentes cellules sanguines

Hématopoïèse

Ensemble des mécanismes qui assurent la production

constante et régulée des différentes cellules sanguines

Ontogénèse

Etude de la croissance et le développement d’un individu (ou

d’un tissu) depuis la fécondation de l’œuf jusqu’à l’âge adulte

Succession de territoires hématopoïétiques au cours de l’ontogenèse

Sac vitellin

7.5 J 10.5 J 12.5 J 15.5 J naissance

AGM

Placenta

Artère vitelline

Veine vitelline

Artère ombilicale Veine ombilicale

Production de CSH

Hématopoïèse

Primitive

Extra-embryonnaire

Hématopoïèse

définitive

Intra-embryonnaire AGM= Aorte-gonado-

mesonephros (aorte, ébauches

des crêtes génitales et

ébauche du rein)

Succession de territoires hématopoïétiques au cours de l’ontogenèse

Sac vitellin

7.5 J 10.5 J 12.5 J 15.5 J naissance

AGM

Placenta

Foie foetal

Moelle osseuse 4ème-5ème mois

Artère vitelline

Veine vitelline

Artère ombilicale Veine ombilicale

Production de CSH

Expansion des CSH

Rate

Thymus

Hématopoïèse

Primitive

Extra-embryonnaire

Hématopoïèse

définitive

Intra-embryonnaire AGM= Aorte-gonado-

mesonephros (aorte, ébauches

des crêtes génitales et

ébauche du rein) Résidence des CSH

Dés le début du

2ème mois

1 2 3 4 5 6 7 8 9 mois gestation adulte

Sac vitellin

Foie

Rate

Moelle osseuse

(os plats chez l’adulte)

Mésoderme

Sièges de l’hématopoïèse

Sièges de l’hématopoïèse

(10%) (30%)

(40%)

Les différents compartiments

médullaires

Les compartiments hématopoïétiques

4 compartiments :

Les Cellules souches hématopoïétiques (CSH)

Autorenouvellement, multipotence et différenciation

Les progéniteurs

Cellules engagées dans un/des lignage(s) cellulaire(s)

Les précurseurs

Cellules qui se divisent et qui maturent

Les cellules matures

Cellules fonctionnelles qui passent dans le sang

Les 4 compartiments de cellules hématopoïétiques

autorenouvellement

MATURATION

DIFFERENCIATION

PROLIFERATION

Précurseurs

Caractéristiques des CSH

• Cellules peu nombreuses (0.01-0.1% des cellules de la moelle)

( 150 sollicitées chaque jour)

• Cellules indifférenciées localisées dans la moelle osseuse

• Cellule encore imparfaitement caractérisée (fonctionnelle et profil antigènique)

• Non reconnaissables morphologiquement (contrairement aux précurseurs)

• En majorité quiescentes (G0 du cycle)= dormance (10% du pool en cycle)

• Processus de division cellulaire asymétrique = 2 cellules filles aux caractéristiques différentes (cellule souche qui pourra continuer le cycle (autorenouvellement) et une cellule progénitrice (multipotence))

Mise en évidence

Toutes les cellules d’une même colonie

proviennent d’une même cellule souche

(Anomalie chromosomique)

Linéarité entre le nombre de cellules

injectées et le

nombre de colonies

CFU-S sont multipotentes

= colonies contiennent plusieurs types de

lignages cellulaires

CFU-S ont un potentiel d’auto-renouvellement

= Injection d’une colonie splénique permet la

reconstitution de

l’ensemble de l’hématopoïèse

Caractérisation phénotypique des CSH

Souris Homme

c-kit+ c-kit+

CD117 Thy-1low Thy-1low

CD90

Sca-1+

CD34+

+ négatives pour :

B220 (lymphocytes B)

CD3, CD4, CD8 (lymphocytes T)

Mac-1 (macrophages et NK)

GR-20 (granulocytes)

Ter119 (Gr)

Lin-

+ négatives pour :

CD10, CD19, CD20 (lymphocytes B)

CD3, CD4, CD8 (lymphocytes T)

CD14 (monocytes/macrophages)

CD15 (granulocytes)

= Lin-Sca1+Kit+THy1+/-CD34-CD48-CD150+ = Lin-CD34+CD38- CD90+ CD117+

Les Progéniteurs

• 1% des cellules de la moelle osseuse

• Descendants des CS multipotentes = premier stade de différenciation

• PERTE progressive des propriétés d’autorenouvellement et de multipotentialité (notion de progéniteur primitif et différencié)

= CAPACITÉ D’ENGAGEMENT ET DE PROLIFERATION

• Existent des progéniteurs Multipotents (donnent naissance à plusieurs lignées mais déjà engagés), Bipotents (deux lignées, ex BFU-e/MK) et Monopotent (BFU-e immature)

• Non reconnaissables morphologiquement mais marqueurs Ag de Surface

Les progéniteurs

LT-HSC MPP

ST-HSC

CSH

CLP

CMP CFU-GEMM

Pro-T

Pro-B

GMP CFU-GM

MEP

Progéniteurs Précurseurs

CFU-M, CFU-G, CFU-Eo

BFU-E , BFU-Mk

Progéniteurs

primitifs

Progéniteurs

tardifs

Progéniteurs

différenciés

Progéniteurs

multipotents

Mise en évidence indirecte: culture in vitro

– Test clonogénique quantitatif en milieu semi-solide (methycellulose): en

l’absence de stroma et en présence de facteurs de croissance, durée chez

l’homme: 2 semaines. Immobilisation avec une colonie qui provient d’une seule

cellule

– Culture à long-terme en milieu liquide: en présence de stroma sans facteur de

croissance, durée: 8-10 semaines, intérêt: culture de progéniteurs plus immatures

pour réaliser des tests clonogéniques ensuite.

14 jours

+ cytokines

CFU-Mixte

CFU-GM

CFU-Mk

BFU-E

Colonies

Méga Erythro Mixte GM

BFU-E CFU-Méga CFU-GM CFU-E

Mixtes

Photos CHU Tours Hématologie http://www.med.univ-tours.fr

Les précurseurs médullaires

• Perte totale de la capacité d’auto-renouvellement

• Multiplication et maturation terminale de l’hématopoïèse

(3 à 5 mitoses selon la lignée = 8 à 32 cellules matures)

• Reconnaissables morphologiquement pour chaque lignée et par

des ag de surface, spécifique de lignées :

– Glycophorine A pour la lignée érythroïde,

– CD19 pour les lymphocytes B,

– CD3 et CD7 pour les lymphocytes T

– CD13 et CD33 pour la lignée granulomonocytaire…

Les différentes lignées

hématopoïétiques:

- Lignée érythroblastique = Globules Rouges

- Lignée mégacaryocytaire = Plaquettes

- Lignée granulo-monocytaire = PNN et Monocytes

- Lignée lymphocytaire = Lymphocytes

Processus de production des Globules Rouges = Erythropoïèse

CFU-E

Proérythroblaste

Erythroblaste

Basophile

x x x x

Erythroblaste

Polychromatophile II

Erythroblaste

Acidophile

4 -7 jours

24 heures

Erythroblaste

Polychromatophile I

Réticulocyte

Erythrocyte

La lignée Erythroblastique 15-30% des éléments médullaires

(Différenciation dans la moelle

osseuse)

PROER

Proérythroblaste

(1-2%)

ERB

Érythroblaste basophile

(4 à 8%)

ERP

Érythroblaste

Polychromatophile

(6-10%)

ERA

Érythroblaste acidophile

(4 à 10%) Îlots érythroblastiques

Différenciation Erythroïde Terminale

Proerythroblast

Extruded

Nucleus

Immature

Reticulocyte

Enucleating

Erythroblast Orthochromatic

Erythroblast

(ribosomes

et mitochondries)

Caractérisation Phénotypique de la lignée Erythrocytaire

Régulation de l’érythropoïèse

Production = 200 milliards de GR/J

Perte (hémolyse physiologique) = 200 milliards de GR/J

Fer, vitamines (B12, B9),

Hormones (T4, Androgènes, IGF-1,..)

Anémie

Hypoxie Rénale Polyglobulie

Hyperviscosité

Stroma

Cytokines +

Equilibre Stable

EPO

Lignées granuleuse et monocytaire

CFU-GM

CFU-G

CFU-M

monoblaste myéloblaste

promyélocyte

myélocyte

méta-

myélocyte

PNN

promonocyte

monocyte

2-4

jou

rs

7-1

0 jo

urs

Co

mp

art

ime

nt

de p

roli

féra

tio

n

Co

mp

art

imen

t d

e

matu

rati

on

Et

de s

tockag

e

10

-14

jou

rs

MB

Myéloblaste

0,5 à 3%

PML

Promyélocyte

1 à 8%

MLN

Myélocyte neutrophile

5 à 19%

MMLN

Métamyélocyte

13 à 32%

PN

Polynucléaire neutrophile

10 à 10%

La lignée granuleuse neutrophile

(coloration MGG) (50 à 70% des éléments médullaires)

1 myéloblaste

16-32 PNN

Marqueurs d’immaturité:

• CD34/CD38/CD133/CD90

• CD117

• HLA-DR

•CD7(+/-)

• CD123

Marqueurs de maturité:

• CD18/CD10

• CD11b

• CD66/CD65

• CD16

•CD35/CD24/CD87

Marqueurs constamment

présents :

• CD33/CD55/CD59/CD62

• CD13/CD15/CD44/CD49

• CD11c/CD11a/CD82

• MPO

Modulation du niveau d’expression des principaux marqueurs au cours de la

maturation granulocytaire

Modulation du niveau d’expression des principaux marqueurs au cours de la

maturation monocytaire

Promégacaryoblaste

mégacaryoblaste

mégacaryocyte

basophile

mégacaryocyte

granuleux

mégacaryocyte

mature

Processus de production des plaquettes

= Mégacaryopoïèse: mécanisme de production des mégacaryocytes

et Thrombopoïèse : mécanisme de formation des plaquettes

plaquettes

2000 à 5000 plaquettes/MK

Cytokines les + importantes:

TPO, SCF, IL-11 et EPO

2N à 128N

(majorité de stade 16N

Moelle adulte)

La lignée Mégacaryocytaire 0,02-0,05% des elements medullaires

(Différenciation dans la moelle

osseuse)

Mégacaryoblaste

(30 microns)

Mégacaryocyte

Basophile

Mégacaryocyte

Plaquettogène

(100 microns)

Plaquettes

150-450 G/L

(2 à 5 microns)

Faible Grossissement

(x16)

Caractérisation Phénotypique de la lignée Mégacaryocytaire

Lymphopoïèse

Précurseur lymphoïde commun

(CLP)

Précurseur B

Précurseur T

THYMUS

MOELLE OSSEUSE

ORGANES LYMPHOIDES

PERIPHERIQUES

- Rate

- Ganglions

- Formations lymphoïdes des

muqueuse (amygdales)

Expansion clonale

Des cellules mature

Contact antigénique

= Réponse immunitaire

Lymphopoïèse

primitive

Lymphopoïèse

primitive

Lymphopoïèse secondaire

HEMATOGONES

Lymphocytes B

D’après F.Behm, St Jude, USA, 2004

Lymphopoïèse T

Différenciation Phénotypique

Régulation de

l’hématopoïèse

- Facteurs Intrinsèques: Régulation Transcriptionnelle et Epigénétique

- Facteurs Extrinsèques: Interaction entre les CSH et le micro-

environnement des niches médullaires:

• Interactions directes cellules-cellules via des molécules d’adhérence

(intégrines/cadherines)

• Interactions indirectes (cytokines, chimiokines, facteurs

environnementaux (tension en oxygène…) et éléments de la matrice

extracellulaire (fibronectine, laminine, collagène….))

GATA-2

CSH

Progéniteur

pluripotent

Ikaros

PU.1 E2A EBF Pax 5

AML1

PU.1

C/EBP

MafB

GATA-1

NFE-2

cellule B cellule T

Monocytes

PMN

Mastocyte

Erythrocyte

Mégacaryocyte Plaquette

MafG/MafK

NK

C/EBP

FLI-1 FOG

GATA-1

GATA-3

PU.1

Expression des régulateurs de transcription

(Facteurs de transcription)

GATA-1

Rôle du stroma

dans la régulation de l’hématopoïèse

• Arguments:

– Anomalies hématologiques secondaires à des anomalies du microenvironnement en cas de mutation du gène du SCF (souris Sl/Sld ou W/Ww)

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

– Culture in vitro

• Source de facteurs de croissance, de molécules inhibitrices, molécules d’adhésion:

– Secrétés et relargués sous forme soluble

– Secrétés et réabsorbés sur la MEC (protéoglycane)

– Secrétés en restant ancrés à la membrane de la cellules stromale (SCF)

• Adhésion des cellules hématopoïètiques au microenvironnement

Niche Hématopoéïtique = Stroma + MEC + CSH

Tissu de soutient et de nutrition de toutes les cellules

hématopoïétiques constitué de différents types de cellules (stroma)

baignant dans une matrice extra-cellulaire (MEC)





Cellules endothèliales des sinusoïdes

= Niche vasculaire

Cellules stromales mesenchymateuse

= Niche périvasculaire

Ostéoblastes

= Niche endostéale

Axe neuro-sympatique

Lymphocytes Treg

Fibroblastes et Adipocytes

Monocytes/Macrophages

Ostéoclastes

Cellules musculaires lisses





MEC =

Structure dynamique composée

de protéoglycanes, glycanes:

• Fibres de collagènes I/III/IV

• Protéines des membranes

basales (Laminine,Entactine)

• Composants interstitiels

(Fibronectine,Nestine,Thromb

ospondine,Osteopontine…)


= Niche vasculaire



Ostéoblastes

= Niche endostéale


Lymphocytes Treg



Ostéoclastes






MEC =

Structure dynamique composée

de protéoglycanes, glycanes:

• Fibres de collagènes I/III/IV

• Protéines des membranes

basales (Laminine,Entactine)

• Composants interstitiels

(Fibronectine,Nestine,Thromb

ospondine,Osteopontine…)


= Niche vasculaire



Ostéoblastes

= Niche endostéale


Lymphocytes Treg



Ostéoclastes


CSH CSH

CSF

Chimiokines

Gradient de Ca2+

Pression d’O2 (1%)

Vitamines B9/B12

Oligoélèments…

Fibroblastes Myofibroblastes

Endothélium

Cytokines

Macrophages

CSH

Protéoglycane

(MEC)

Adipocytes

Chimiokines

ACTION DES FACTEURS DE CROISSANCE INTERACTIONS CELLULES/MATRICE

EXTRA-CELLULAIRE (MEC)

INTERACTIONS CELLULES/CELLULES

Niche hématopoïétique : Structure anatomique

et fonctionnelle

MAINTENANCE

MOBILISATION

PROTECTION

REGULATION

Cellules souches

mésenchymateuses (MSC)

Principales protéines (et fonctions) de la matrice extra-cellulaire

• Glycoprotéines (8-90KDa)

• Mono ou hétérodimériques (1 seule sous-unité = classe I) et 2 sous-unités distinctes

(classe II)

• Synthèse par le stroma (sauf EPO-rein et TPO-foie)

• Mode d’action paracrine ou autocrine à trés faible concentration

• Action hiérarchisée et parfois synergique, Redondance d’activité, Régulation positive et

négative

Les cytokines ou CSF (facteurs de croissance)

• Glycoprotéines (8-90KDa)

• Mono ou hétérodimériques (1 seule sous-unité = classe I) et 2 sous-unités distinctes

(classe II)

• Synthèse par le stroma (sauf EPO-rein et TPO-foie)

• Mode d’action paracrine ou autocrine à trés faible concentration

• Action hiérarchisée et parfois synergique, Redondance d’activité, Régulation positive et

négative

3 grandes catégories:

• Facteurs de Promotion (Prolifération, Survie, entrée en cycle des CSH et

Sensibilisation aux autres cytokines)

• Facteurs de Régulation de l’Hématopoïèse (Multiplication, Différenciation et

maturation)

•

Les cytokines ou CSF (facteurs de croissance)

Facteurs multipotents

Agissant sur différentes

lignées déjà sensibilisées

= étapes précoces

Facteurs restreints à une lignée

déjà engagée

= étapes tardives

Facteurs de Promotions

SCF, FLT3-L, IL-3, famille IL-6

Facteurs multipotents:

IL3, GM-CSF, IL7

Facteurs restreints :

G-CSF (Granulocytes)

M-CSF (Monocytes)

EPO (Erythrocyte)

TPO (Plaquettes)

IL-5 (Eosinophiles)

IL-7 (Lymphocytes B)

IL-4 et2 (Lymphocytes T)

Transduction du signal

TK

Jak

STAT

Ras

MAP-K

Transcription

Noyau

STAT STAT

Récepteurs à

Activités Tyrosine

Kinase

cytokine

Récepteurs dépourvus

d’activités Tyrosine

Kinase Intrinsèque

Exploration de

la moelle osseuse

Les 4 compartiments de cellules hématopoïétiques

Cellule souche multipotente

Progéniteur myéloïde (CFU-GEMM) Progéniteur lymphoïde

BFU-e/ MK

BFU-E

CFU-E

CFU-MK

CFU-GM

CFU-M CFU-G CFU-Eo CFU-bas

érythrocyte plaquette

macrophage Cell. dendritique

monoblaste

neutrophile éosinophile basophile Cellule T Cellule B NK

érythroblaste

mégacaryocyte

CFU-B CFU-T

autorenouvellement

Monocyte

tissu

s

sa

ng

myéloblastes

promyélocytes

myélocytes

métamyélocytes

plasmocyte

Reconstitution

à long terme in vivo

Cultures à long

terme

+(immunophénotypa

ge CD34)

Cultures

Progéniteurs

+

(immunophénotypage)

Myélogramme

et

Biopsie ostéo-

médullaire

Hémogramme

Le Myélogramme

Moelle de richesse Normale

x100

Moelle de richesse Normale

Moelle de richesse Diminuée Moelle de richesse Augmentée

x10

x100

Moelle osseuse normale

• Répartition harmonieuse entre les éléments des différentes lignées: granuleuse, érythroïde, mégacaryocytaire

• Pyramide de maturation : plus d’éléments matures que de cellules jeunes !!

– Myéloblastes : 0.3 à 5%

– Promyélocytes : 1 à 8%

– Myélocytes : 5 à 19%

– Métamyélocytes : 13 à 32%

– Polynucléaires neutrophiles : 7 à 30%

– Myélocytes éosinophiles : 0.5 à 3%

– Métamyélocytes et polynucléaires éosinophiles : 0.5 à 4%

– Basophiles : 0 à 1%

– Monocytes : <10 %

– Erythroblastes : 7 à 32%

– Lymphocytes : < 20%

Rapport M/E:

3/1 à 4/1

BOM de richesse diminuée

BOM de richesse augmentée BOM de richesse Normale

• Facilité

• Visualisation des Cellules

• Délai de rendu

• Appréciation de la richesse

• Appréciation de la fibrose

• Architecture

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+

-

+

-

+

+

Myélogramme

= cytologie

Myélogramme/BOM… en résumé

Biopsie ostéo-médullaire

= histologie

Cytopénie

(Anémie, Thrombopénie, Neutropénie isolée ou

bicytopénie ou pancytopénie)

Mécanisme central Mécanisme périphérique

1. Défaut de production (carence,

anomalie constitutionnelle….)

2. Destruction centrale (toxique, Rx,

Virus, immunologique)

3. Envahissement tumoral (leucémies,

Tumeurs solides, métastases)

1. Trouble de répartition (hypersplénisme,

augmentation du Pool marginal des PN)

2. Destruction périphérique

(alloimmunité, auto-immunité)

3. Consommation (ex CIVD)

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