Cellule souche

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Cellule souche embryonnaire de souris.

Un zygote : spirogyra sp.(zygnematales).

En biologie, une cellule est dite cellule souche (ou cellule indifférenciée) à deux conditions :

1. Elle peut donner des cellules spécialisées par différenciation cellulaire et,
2. Elle peut se renouveler un grand nombre de fois, au moins à l'intérieur de la limite de Hayflick (2^50 = 10^15 environ)

Elles sont présentes au stade embryonnaire et dans l'organisme adulte, mais elles sont bien plus rares dans l'organisme adulte (citons les cellules souches hématopoïétiques régénérant en continu les cellules du sang, les cellules souches intestinales, les cellules souches nerveuses dans des régions précises du cerveau (hippocampe, zone subventriculaire).
De manière générale, les cellules souches sont présentes chez tous les êtres vivants multicellulaires. Elles jouent en effet un rôle très important dans le développement des organismes ainsi que dans leur maintien.

Il est à distinguer plusieurs types de cellules souches :

• Les cellules souches totipotentes : du zygote au blastomère à huit cellules (au quatrième jour du développement embryonnaire), pouvant donner tous types cellulaires, et donc un organisme entier.
• Les cellules souches pluripotentes, capables de donner tous les types cellulaires sauf les annexes embryonnaires
• Les cellules souches multipotentes, susceptibles de donner différents types de cellules, mais spécifiques d'un lignage cellulaire donné. Elles sont présentes dans l'organisme adulte mais en très petite quantité.
• Les cellules souches unipotentes, qui ne peuvent donner qu'une seule sorte de cellule (elles peuvent cependant, comme toute cellule souche, s'auto-renouveller, d'où l'importance de les distinguer des précurseurs). Elles sont aussi présentes, en très faible nombre, chez l'adulte.

La cellule la plus indifférenciée est donc le zygote ou ovule fécondé, puisque cet œuf va produire l'ensemble des cellules d'un organisme.

Biologie

Historique des découvertes

Les travaux initiés par Leroy Stevens et Barry Pierce dans les années 1950 sur l’étude des tératocarcinomes murins ont permis d’isoler les cellules souches embryonnaires (en abrégé ES pour embryonic stem)^[1]. Des cellules capables de générer toutes les cellules sanguines sont découvertes dans la moelle osseuse. La première greffe de moelle osseuse est effectuée en 1958.

Dans les années 60, Joseph Altman^[2], Gopal Das et André Gernez révisent le dogme de la fixité neuronale formulé par Santiago Ramón y Cajal^[3].

En 1981, les cellules souches embryonnaires ont été identifiées chez la souris par Martin Evans, Kaufman et Martin^[4],[5], et en 1998 chez l’homme par les équipes de l'américain James Alexander Thomson, de Joseph Istkovitz-Eldor et de l'israélien Benjamin Reubinoff^[6],[7]. En 2000, ce dernier transforme des cellules ES en neurones^[8].

Fonctions biologiques

• l'organe contenant le tissu doit grandir soit durant la croissance, soit pour pouvoir assurer une fonction, par exemple le cœur des athlètes est plus gros, l'utérus grossit durant la grossesse, etc.
• les cellules vieillissent et meurent (par exemple les globules rouges^[9] dont la durée de vie est de 120 jours ou encore les kératinocytes de la surface de la peau) et celles-ci doivent se renouveler.
• un traumatisme, une ischémie, ou d'autres phénomènes peuvent créer la mort de cellules qui doivent être régénérées; cette régénération est parfois imparfaite soit par manque de cellules souches, soit parce que l'architecture du tissu est trop bouleversée (ce qui dépend à la fois du tissu et du dommage qu'il a subi).

Tout tissu animal contient aussi des cellules souches, mais moins « pluripotentes » que celles constituant l'embryon : elles ne pourront pas en général donner en se différenciant un autre type de tissus que celui auquel elles appartiennent déjà (voir Cellule souche animale). Elles peuvent toutefois se différencier dans l'ensemble des cellules d'un tissu donné; par exemple pour le tissu sanguin qui contient les cellules sanguines, les cellules souches hématopoïétique (CSH) permettent à elles seules de recréer toutes les cellules sanguines; le plus souvent, les cellules souches d'un tissu ne sont cependant contenues que dans ce tissu.

Les cellules souches seraient en partie responsables de la régénération des membres chez certains animaux. Ce phénomène fréquent chez les métazoaires existe aussi chez certains vertébrés (comme le lézard, le triton ou la salamandre).

Recherche et bioéthique

En médecine, les cellules souches animales et humaines font l'objet de nombreuses recherches depuis les années 1990, avec l'espoir de régénérer des tissus, voire d'en créer de toute pièce, et idéalement de reconstruire des organes (thérapie cellulaire). Ces avantages potentiels ont suscité des expérimentations de clonage thérapeutique pour en maîtriser la fabrication en grand nombre.

En 2007, le professeur Yamanaka (Université de Kyoto) a réussi à produire des cellules souches à partir de cellules somatiques adultes, par l'introduction de facteurs de transcription dans des cellules somatiques. Un des problèmes, qui était l'utilisation d'un oncogène c-myc, a été levé un an plus tard par la même équipe^[10]. Ces cellules peuvent sous l'action de certains facteurs (également oncogènes) se différencier en divers types de tissus, et on espère dans un futur proche, pouvoir utiliser des cellules souches pour soigner des maladies cérébrales telles que la maladie d'Alzheimer.

Risques et limites ?

Les cellules souches ont été récemment mises en cause dans l'origine de cancers^[11]. Elles seraient les seules à avoir la possibilité de muter de manière à devenir des cellules cancéreuses, en raison du temps nécessaire à ces mutations - plusieurs années - alors que les cellules différenciées ont une espérance de vie de quelques semaines seulement. Elles sont aussi responsables des récidives de cancers. Ces données jettent donc une ombre sur ces cellules qui ont inspiré beaucoup d'espoirs.

Dans le cas de cancers, une cellule indifférenciée est une cellule qui a perdu son caractère différencié, principalement par le dérèglement du programme génétique spécifique qu'elle avait acquis. Ainsi une cellule nerveuse cancéreuse, par exemple, ne possède plus les caractères du neurone. Ce phénomène s'accompagne d'une multiplication anarchique car les cellules concernées ne répondent plus aux signaux régulateurs. Il y a perte par exemple de l'inhibition de croissance par contact, un processus stoppant la prolifération d'une cellule lorsque celle-ci établit un contact avec une autre cellule.

Notes et références

Voir aussi

Bibliographie

• Max de Ceccatty, Conversations cellulaires, , ed. du Seuil, Paris, 1991 (épuisé, mais disponible dans les bibliothèques; ne parle pas des cellules-souches en elles-mêmes, mais détaille les processus de communication qui les rendent utiles)

Articles connexes

• Bioéthique (voir cellule souche (médecine) pour les enjeux concernant précisément ces dernières)
• Cellule souche hématopoïétique
• Médecine régénérative

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