Embryonic and specialized stem cells

Colloque organisé par Françoise Dieterlen, Bruno Péault et Irving Weissman du 22 au 26 septembre 2000

 

Participants 

Arturo ALVAREZ-BUYLLA (Rockfeller University, New York), Giulio COSSU (Universita di Roma), Françoise DIETERLEN (C.N.R.S./ Collège de France, Nogent-sur-Marne), Jonas FRISEN (Medical Nobel Institute, Stockholm), Richard GARDNER (Mammalian Development Laboratory, Oxford), Margaret A. GOODELL (Baylor College of Medicine, Houston), Daniel HERRERA (Cornell Medical College, New York), Louis-Marie HOUDEBINE (I.N.R.A., Jouy-en-Jonas), Thierry JAFFREDO (C.N.R.S./ Collège de France, Nogent-sur-Marne), Gordon KELLER (Mount Sinai School of Medicine, New York), Marie-Claude LABASTIE (C.N.R.S./ Collège de France, Nogent-sur-Marne), Nicole LE DOUARIN (C.N.R.S./ Collège de France, Nogent-sur-Marne), Sean MORRISON (University Ann Arbor, Michigan ), Jean-François NICOLAS (Institut Pasteur, Paris), Tokindo OKADA (Biohistory Research Hall, Osaka), Bruno PÉAULT (Groupe hospitalier Paul-Brousse, Villejuif), Cesare PESCHLE (Instituto Superiore di Sanita, Rome), Ann TSUKAMOTO (Stem Cells Inc., Sunnyvale, USA),  Nobuko UCHIDA (Stem Cells Inc., Sunnyvale, USA),  Irving WEISSMAN (Stanford University School of Medicine, Stanford).

 

Compte rendu

Les cellules souches sont des cellules indifférenciées qui assurent le renouvellement des tissus de l’organisme. Par définition, elles sont caractérisées par leur capacité d’autorenouvellement et leur pluripotence. Selon la conception traditionnelle, ces cellules se déterminent (en d’autres termes s’engagent) vers un lignage donné à un moment précis de l’ontogenèse. Elles restent pluripotentes dans la mesure où leurs cellules filles se diversifient pour donner l’éventail des spécificités qui caractérisent chaque tissu. Par exemple, les cel­lules souches hématopoïétiques donnent naissance à une très nom­breuse descendance qui comporte des globules rouges, des granu­locytes, des mégacaryocytes et des lymphocytes, mais se restreint à ces lignées sanguines. Les cellules souches embryonnaires correspondent, elles, à une définition opérationnelle. Il s’agit de cellules totipotentes, isolées à partir de la masse interne du blastocyste de mammifères, c’est-à-dire de la partie du conceptus destiné à donner l’embryon propre­ment dit. Ces cellules peuvent être cultivées pendant un temps indéfini en présence d’un certain facteur de croissance, le LIF (Leukemia Inhibiting Factor). Elles donnent naissance, lorsque le LIF est supprimé, à des corps embryoïdes, dont la différenciation vers telle ou telle lignée peut être orientée par l’ajout d’autres fac­teurs de croissance.

Le domaine des recherches sur les cellules souches est aujourd’­hui le théâtre d’une révolution. Pendant les deux dernières années, 1999 et 2000, de nombreux articles ont décrit le détournement de cellules souches, en principe déjà spécifiées, vers des lignages incongrus ; les plus spectaculaires de ces détournements concernent les cellules souches du tissu nerveux, dont l’existence même a été récemment démontrée. Cette plasticité des cellules souches adultes, nouvellement décrite, va à l’encontre du credo centenaire des bio­logistes du développement. Ce credo remonte à la démonstration par Von Baer, en 1828, des « feuillets germinatifs primordiaux » qui président à l’ontogenèse des animaux métazoaires triploblas­tiques. Ces feuillets germinatifs (ectoderme, mésoderme, endo­derme) donnent chacun des dérivés précis, la différenciation cellu­laire étant l’aboutissement d’une série de choix, que les cellules ne peuvent inverser que pendant une courte période après le proces­sus. Il était donc considéré qu’une cellule souche d’origine endo­dermique, ectodermique ou mésodermique pouvait à la rigueur se convertir vers une lignée de même origine mais jamais vers une lignée d’un autre feuillet germinatif.

Les données nouvelles remettent en cause cette conception rigide. Il a donc paru opportun de faire le point sur la caractérisa­tion des cellules souches de différents tissus chez l’embryon et l’a­dulte, ainsi que sur les expériences qui mettent en évidence leur plasticité.

Irving Weissman (Stanford University, Californie), ouvrant le colloque, déclare à quel point les nouvelles données heurtent le consensus général (conventional wisdom). Il souligne cependant que personne n’a encore rigoureusement purifié les cellules capables de changer de destinée présomptive et qu’il est maintenant nécessaire de faire progresser ce domaine de l’art vers la science. Il souligne également les problèmes éthiques, dès lors qu’il s’agira de manipuler des cellules d’origine humaine. Tokindo Okada (Osaka) fait un rappel historique sur la transdifférеnciation de la rétine au cours de la régénération du cristallin chez le triton, phénomène décrit par Charles Bonnet dès le XVIIIe SIÈCLE, et dont les mécanismes sont étudiés par l’école japonaise depuis vingt ans, recherches qui se pro­longent aujourd’hui au niveau moléculaire.

Richard Gardner (Oxford) décrit la disparition de la totipotence au cours du développement précoce de l’embryon de souris et la spécialisation progressive des lignages cellulaires ainsi que les potentialités des lignées (cellules ES, cellules germinales) isolées à différents stades du développement chez la souris. Jean-François Nicolas (Institut Pasteur, Paris) expose comment une nouvelle approche permet de suivre l’expression d’un gène rapporteur dans un nombre restreint de cellules et de déterminer ainsi les filiations cellulaires au cours du développement de la souris, notamment au niveau du système nerveux et des sorites. Louis-Marie Houdebine (Jouy-en-Josas) dresse un panorama des techniques de clonage et de transgenèse et de leur efficacité respective chez différents verté­brés.

Au-delà de ces thèmes généraux, les sessions du colloque ont été respectivement consacrées aux cellules souches hématopoïétiques et angioblastiques, aux cellules souches neurales et enfin à la plasticité des cellules souches.

La caractérisation et la biologie des cellules souches et des pro-géniteurs hématopoïétiques, telles que les ont établies les impor­tants travaux de son groupe, sont résumées par Irving Weissman : tests fonctionnels, marqueurs, mobilisation, utilisation thérapeu­tique, apoptose comme facteur d’homéostasie, hiérarchie des pro-géniteurs, changements de lignage, induction ou instruction par les cytokines… Gordon Keller (Denver, Co) décrit l’identification et la caractérisation de l’hémangioblaste (précurseur commun des cellu­les souches hématopoïétiques et des cellules endothéliales) soit à partir de cellules ES, soit directement à partir du sac vitellin ou de l’embryon : une panoplie d’activités géniques lui permet de détailler pas à pas l’évolution de la cellule mésodermique vers ces dérivés différenciés. Marie-Claude Labastie (Nogent-sur-Marne) rapporte l’isolement de l’homologue humain (une KG1 kinase) du gène SNRК du rat : ce gène est exprimé par les cellules hémato­poïétiques qui bourgeonnent à partir de la paroi ventrale de l’aorte embryonnaire. Cesare Peschle (Rome) met en évidence la plasticité potentielle des cellules hématopoïétiques humaines qu’il isole grâce à l’expression de l’antigène CD34 et du récepteur KDR pour le VEGF : ces cellules paraissent capables de restaurer des rats affec­tés d’un syndrome parkinsonien. I. Weissman fait remarquer que de telles expériences, en particulier celles qui impliquent l’injection de cellules humaines dans un blastocyste murin, posent un sérieux problème éthique. Françoise Dieterlen (Nogent-sur-Marne) fait le point des travaux menés sur l’oiseau et la souris qui ont mis en évi­dence, au cours de l’embryogenèse, deux événements successifs de production des cellules souches hématopoïétiques ainsi que les données démontrant la relation de développement entre les cellules endothéliales et les cellules souches hématopoïétiques. Bruno Péault (Villejuif) décrit chez l’embryon humain l’un de ces événe­ments ayant lieu dans le plancher de l’aorte et décrit les caractéris­tiques fonctionnelles des progéniteurs qui en résultent, montrant en particulier le potentiel lymphoïde de ces cellules.

Une deuxième session, consacrée aux cellules souches nerveuses, s’ouvre par un exposé de Nicole Le Douarin (Nogent-sur-Marne) sur les cellules souches et les précurseurs intermédiaires dans l’on­togenèse des dérivés de la crête neurale. Les travaux conduits sur ce thème par son équipe ont commencé alors que régnait le dogme de la stabilité de l’état différencié; l’objectif (établir les filiations entre les différents lignages issus de cette structure transitoire émise par l’apex de l’ébauche neurale) en a été largement réalisé. Une donnée récente, issue de ces travaux, conforte les vues nouvelles sur la plas­ticité des cellules souches : des mélanocytes, déjà chargés de pigment, mis en présence du facteur de croissance endothéline 3, se mettent à se multiplier très activement, perdent leurs marqueurs de différenciation et se différencient en cellules gliales. Sean Morrison (Ann Arbor) montre ensuite que des cellules souches de la crête neurale persistent encore à un stade avancé de la gestation chez la souris, que ces cellules sont dotées de la capacité d’autorenouvelle­ment, que leur potentiel est préservé en culture par un taux d’oxy­gène faible (5 % au lieu des 20 % classiques) et enfin qu’une expression transitoire du gène Notch est responsable d’une diffé­renciation gliale rapide avec perte irréversible du potentiel neuro­nal. Il signale que la cartographie des dérivés de la crête neurale, réalisée à l’aide d’un gène rapporteur activé par un promoteur spé­cifique des cellules de la crête neurale, met en évidence un assorti­ment de dérivés de la crête absolument identique à celui qui a été établi chez l’oiseau par le groupe de N. Le Douarin dans le système caille-poulet. Arturo Alvarez-Вuylla (New York) fait le point de ses travaux sur la neurogenèse dans le cerveau adulte des oiseaux et des mammifères. Son groupe a particulièrement décrit le mode de migration des neurones néoformés et l’identification des précur­seurs, qui sont des éléments de la lignée astrogliale. Nobuko Uchida (Sunnyvale, Californie) a entrepris de caractériser les cellu­les souches neurales (CSN) humaines, en se basant sur les schémas et les protocoles qui ont permis de comprendre le fonctionnement du système hématopoïétique. Les CSN se caractérisent par leur bipotentialité (neurones, astrocytes) qu’elles maintiennent tant que trois facteurs de croissance sont présents : LIF, bFGF et EGE Les marqueurs festine et CD133 (ce dernier issu des études sur le sys­tème hématopoïétique) permettent d’enrichir fortement une pré­paration de cellules cérébrales en NeuroSphere-Initiаting-Cells bipo­tentielles. Ces CSN se greffent facilement dans le cerveau de la souris SC1D-NOD, s’y multiplient, y migrent et émettent des axo­nes. Elles se comportent exactement comme des cellules endogè­nes. Jonas Frizen (Stockholm) pose trois problèmes :

1) identification des CNS (selon lui, la neurogenèse a lieu dans l’épendyme, alors qu’Alvarez-Buylla la localise dans la couche sous-épendy­maire);

2) importance de la neurogenèse dans le cerveau adulte;

3) le potentiel des CNS est-il restreint à la neurogenèse ou non ? En fait, la greffe de neurosphères chez l’embryon lui permet de démon­trer que les cellules des neurosphères sont capables de contribuer à l’évolution de nombreux tissus appartenant aux trois feuillets pri­mordiaux.

Bruno Péault décrit un modèle expérimental qui permet d’étu­dier in vivo l’évolution de tissus fœtaux humains, en les greffant chez la souris SCID (dite « SCID humanisée »). Son groupe décrit ainsi l’évolution de l’épithélium respiratoire (ce qui constitue la base d’un nouveau modèle d’étude pour la mucoviscidose) ainsi que les relations entre les organes hématolymphoïdes. Un modèle différent, très original par rapport à tous les autres, est présenté par I. Weissman : il s’agit des tuniciers coloniaux qui émettent des « cel­lules souches » ; celles-ci donnent naissance à des têtards nageurs, qui sont à l’origine de nouvelles colonies.

La dernière session est consacrée à la plasticité des cellules sou­ches adultes, c’est-à-dire à cette propriété nouvellement décrite que présentent les cellules souches de se différencier dans une voie à laquelle elles ne semblaient pas destinées. Margaret Goodell (Houston) a mis en évidence la capacité de produire du muscle à partir de cellules souches hématopoïétiques et, inversement, du sang à partir de cellules satellites musculaires. Elle décrit le système de tri des cellules colorées par le Hoechst 33342 sous double lon­gueur d’onde. Les cellules ainsi obtenues à partir de la moelle osseuse sont très semblables à celles que purifie I. Weissman à l’aide de critères très différents, et présentent les mêmes capacités fonc­tionnelles. L’intérêt de cette méthode de tri, qui se fonde sur la pré­sence dans les cellules très immatures de canaux de détoxification, est qu’elle semble applicable à des préparations cellulaires issues de nombreux tissus. Daniel Herrera (New York) rapporte les еxpériences du groupe de Vescovici (brain into blood) qui ont fait sensa­tion en 1999 et affirme que la plasticité des cellules de neurosphè­res clonées est encore plus large que celle qui est décrite jusqu’à pré­sent. Giulio Cossu (Rome) constate la contradiction entre les nouvelles données et les acquis classiques de l’embryologie, et pro­pose dans ce cadre une nouvelle explication de l’origine des mus­cles. Selon lui, les cellules satellites qui président à la croissance néonatale et à la régénération du muscle seraient originaires non pas des somites (comme les myoblastes primitifs) mais de la paroi de l’aorte. Les expériences décrites par Thierry Jaffredo (Nogent-sur-Marne) semblent aller dans ce sens, puisque des cellules, triées à partir d’aorte embryonnaire de caille grâce à la présence d’un mar­queur hémangioblastiquе puis greffées chez l’embryon de poulet, participent à toutes sortes de tissus, mais principalement au mur des vaisseaux cardiaques (muscles lisses). E Dieterlen fait remar­quer que la plasticité des cellules souches adultes — ou embryon­naires — soumises à un contexte approprié ne fait plus de doute, mais qu’il faut se garder, pour l’instant, d’extrapoler cette décou­verte à une explication du développement embryonnaire.

La plasticité des cellules souches adultes, mises en évidence dans des contextes qui créent une niche, c’est-à-dire le besoin de tel ou tel type cellulaire (déficience génétique et/ou irradiation), est por­teuse d’espoirs énormes car elle ouvre la porte à des pistes entière­ment nouvelles pour la thérapie cellulaire. En conclusion, les meilleurs spécialistes, qui ont participé à ce colloque, ont délimité la notion, aujourd’hui mouvante, de cellules souches, et ont discuté de la possibilité d’appliquer des données expérimentales à la théra­pie cellulaire, tout en soulignant les dangers potentiels et les problèmes éthiques qu’elle pose.



Citer ce billet
ldiebold (2000, 22 septembre). Embryonic and specialized stem cells. Les carnets de la Fondation des Treilles. Consulté le 4 mars 2024, à l’adresse https://doi.org/10.58079/quv2

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