Séminaire de la Pluridisciplinarité – Ecole Doctorale Science Technologie Santé

La culture de cellules animales :

Un modèle indispensable à la compréhension des processus biologiques

La plupart des types cellulaires et des tissus existant dans un organisme animal peuvent aujourd’hui être cultivés in vitro,

permettant une manipulation à façon, tout en s’affranchissant des règles de bioéthique liées à l’expérimentation animale. Il est ainsi possible de

cultiver des cellules musculaires qui vont modéliser les premières étapes de la formation du muscle.

Aymeric AUDFRAY, Abderrahman MAFTAH, Agnès GERMOT

INRA, UMR 1061 Unité de Génétique Moléculaire Animale, Université de Limoges

Les mécanismes moléculaires

et cellulaires qui orchestrent la myogenèse

sont encore méconnus. Leur

compréhension revêt un fort intérêt médical

(traitement des myopathies) et

agroalimentaire (amélioration des qualités

organoleptiques de la viande).

Les équipes de recherche s’appuient aujourd’hui sur des modèles cellulaires capables de mimer, in vitro, certaines étapes de la myogenèse.

Les données présentées ici démontrent la validité d’un modèle murin (lignée C2C12) en comparant ses caractéristiques avec celles des

cellules chez la souris, selon 3 niveaux d’analyse : l’expression des gènes (ARNm), la quantité de protéines et la morphologie des cellules.

1- Les ARNm sont les intermédiaires entre les gènes (information) et les protéines (activité

biologique); ils sont les premiers éléments mesurables d’un changement au sein d’une cellule

Expression spatiale du gène

Myogenin (en bleu) dans

l’embryon de souris (2]

[1]: Duprey and Lesens, Int. J. Dev. Biol., 1994 [2]: Kassar-Duchossoy et al., Nature, 2004 [3]: Shinin et al., Nature Cell Biol., 2006 [4]: Galli et al., Nature Neurosci., 2000

Myofibre extraite d’un muscle (en

bleu les noyaux et en vert la fibre) [3]

La myogenèse est un processus complexe

qui aboutit à la formation des muscles, constitués de

fibres contractiles. Cette transformation se produit à

partir de cellules souches embryonnaires qui vont

migrer, se multiplier, se différencier puis fusionner au

cours du développement de l’embryon mais aussi

après sa naissance. En cas de traumatisme

musculaire chez l’adulte, des cellules de réserve du

muscle permettent sa régénération.

Jours 8 8,5 9 9,5 10,5 11,5 12,5 14,5 15,5

Myf5 + + + ++ ++ ++ + +/- -

Myogénine - + ++ +++ +++ +++ +++ +++ +++

Expression temporelle des gènes Myf5 et Myogenin [1]0,1

1

10

100

1000

10000

0 0,5 1 2 3 5 8 15Qu

an

tité

d'A

RN

m

Jours de différenciation

Myf5 Myogénine

Desmine

Myosine

0j 3j 5j 15j

Expression temporelle des gènes Myf5 et Myogenin

Marquage des protéines Myosine et

Desmine dans le muscle du dos de

l’embryon de souris [2]

2- Chaque cellule est constituée de milliers de protéines. Elles assurent sa structure, son

fonctionnement et la mise œuvre du rôle des cellules dans l’organisme

Différenciation

3- La cellule est l’unité de base des êtres vivants. Il existe 200 types cellulaires différents chez un être humain

Desmine

Myosine

RC Mt

En plus d’apporter de précieuses informations sur le déroulement de la myogenèse, les cultures de cellules permettent d’envisager leur

utilisation dans le traitement des maladies entrainant un défaut dans la musculature squelettique. La thérapie cellulaire qui consiste à cultiver

des cellules et à les réimplanter dans un organisme pour réparer le tissu malade représente le meilleur espoir de traitement des myopathies.

L’idée est d’injecter dans la circulation sanguine des cellules non différenciées (type cellules satellites), qui gagneront le muscle malade, s’y

implanteront pour se multiplier puis se différencier et ainsi réparer les fibres détériorées.

OeufBlastocyste

Cellule nerveuse

Cellule musculaire

Globule rouge

Cellule osseuse

Cellule pancréatique

Cellules totipotentes

Peuvent donner naissance à

un organisme entier.

Cellules pluripotentes

Peuvent se multiplier et

donner tout type cellulaire.

Cellules multipotentes

Spécialisées dans un genre

tissulaire (endo, meso ou

ectoderme).

Cellules unipotentes

Ne peuvent plus donner

qu’un type de cellules.

Cellules spécialisées

Matures et différenciées.

Tissu

Composé du même

type cellulaire.

Les fibres musculaires portent des cellules non différenciées servant à la régénération des

fibres endommagées

, On parle in vivo de cellules satellites et in vitro de cellules de réserve (RC)

Elles sont capables de se différencier en myofibres ou myotubes (Mt)

Les cellules musculaires sont capables après leur différenciation de fusionner afin de

donner des cellules de grande taille, allongées et contenant plusieurs noyaux: on dit

qu’elles sont multinucléées

On parle in vivo de myofibres et in vitro de myotubes

La Myosine et la Desmine sont des protéines essentielles et spécifiques du muscle [2].

Leur quantité augmente avec l’apparition des fibres musculaires

L’expression des gènes Myf5 et Myogenin (codant des

facteurs de transcription spécifiques du muscle, présentés ici

à titre d’exemple) varie de façon identique in vivo et in vitro

In vivo In vitro

Evolution de la quantité des protéines

au cours de la différenciation

Culture de cellules musculaires

Zoom sur un myotube mature

La flèche pointe une cellule satellite.

En vert, les noyaux de la myofibre [4]La quantité de certaines protéines

est différente dans les RC et les Mt

4- Les tissus sont constitués de plusieurs types cellulaires