Cellule souche animale

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Cellule souche embryonnaire de souris. Plus de photos de laboratoire

Une cellule souche (plus précisément cellule souche animale) est une cellule animale indifférenciée se caractérisant par sa capacité à engendrer des cellules spécialisées en se différenciant et par sa capacité à se multiplier quasi indéfiniment à l’identique (auto-renouvellement).

On parle de cellules souches chez les animaux en particulier, mais les méristèmes des plantes en sont aussi constitués. De manière plus globale, tous les organismes pluricellulaires possèdent des cellules souches. L’article traitera par la suite uniquement des cellules animales.

Les cellules souches animales et en particulier les cellules souches humaines font l’objet de beaucoup de recherches actuellement, notamment en médecine en vue de régénérer des tissus voire de créer de toute pièce des tissus et organes. L’origine des cellules souches utilisées pose aussi des problèmes d’éthique.

Généralités sur les cellules souches

Les organismes métazoaires résultent d’une embryogenèse, c’est-à-dire qu’ils sont formés à partir d’une cellule unique (le zygote) qui, en se développant, donne par la suite un individu complet. Certaines cellules d’un organisme résultent directement de cette embryogenèse, mais beaucoup d’autres sont renouvelées en permanence : les cellules souches jouent un rôle de « réservoir » cellulaire en remplaçant les cellules perdues quotidiennement (ou lors d’accidents).

Pour donner une idée de leur importance, on estime qu’un corps humain normal élimine et remplace 100 milliards de globules rouges et cellules intestinales chaque jour, ou encore que 1,5 g de cellules épidermiques est remplacé quotidiennement.

La pluripotence (le fait de pouvoir créer plusieurs lignées de cellules différentes) n’est pas une propriété en soi des cellules souches, même si beaucoup d’entre elles sont dans ce cas.

Ces cellules ne peuvent être discernées expérimentalement dans une population cellulaire, ni avec des marqueurs, ni morphologiquement, puisqu’elles sont indifférenciées et ne présentent donc aucun marqueur de différenciation. Elles sont en effet définies par leur fonction et non leur forme. Leur mise en évidence ne peut donc se faire que lors d’expérimentation.

Origine et devenir des cellules souches

Les cellules souches descendent de populations de cellules embryonnaires.

Certains tissus ont un fort renouvellement cellulaire, pour lesquels le nombre de cellules souches est très important. Chez les mammifères, on notera la présence de cellules souches pour régénérer les cellules suivantes :

• les cellules épidermiques qui assurent la protection de l’extérieur, et qui se desquament régulièrement ;
• les cellules des cryptes intestinales, qui endurent les conditions nécessaires à l'hydrolyse des aliments, et qui doivent donc être renouvelées rapidement ;
• les cellules sanguines (érythrocytes, plaquettes, leucocytes, etc.) qui sont toutes créées à partir d’un seul type de cellules souches, les cellules souches hématopoïétiques contenues dans la moelle osseuse ;
• chez les individus mâles, les spermatogonies qui créent en grande quantité des spermatozoïdes, lors du processus appelé spermatogenèse.

Les cellules souches sont particulièrement sollicitées lors d’une lésion ou d’un changement d’environnement brusque.

Depuis 2007, des cellules normales (fibroblastes) peuvent être transformées en cellules souches par génie génétique en y incorporant plusieurs gènes. La manipulation reste cependant peu aisée avec un fort taux d'échecs^[1].

Production de cellules

Les cellules souches fournissent des cellules tout en se renouvelant. Leur nombre doit donc rester constant, sous peine de ne plus avoir de cellules productrices, ou d’en avoir trop : un processus de régulation est donc indispensable.

Une cellule souche peut soit se diviser en donnant deux autres cellules souches (division symétrique ou renouvellement) qui permet d’augmenter la population de cellules souches, soit se diviser en donnant une cellule souche et une cellule progénitrice (division asymétrique). Cette cellule progénitrice est, elle, déterminée : elle produira un nombre défini de cellules qui se différencieront en cellules spécialisées.

Par la suite, on fera la différence entre :

• la différenciation, durant laquelle une cellule subit un changement qualitatif de phénotype. Par exemple, l’apparition de nouvelles protéines membranaires, due à l’activation de l’expression d’un gène donné. Une différenciation stricto sensu est donc un événement ponctuel ;
• la maturation où la cellule subit un changement quantitatif de phénotype. Cela correspond à l’augmentation de la production de certaines protéines, et donc nécessairement plus ou moins long.

On pourra ainsi distinguer trois phases lors de la formation de cellules différenciées :

1. Une première dans laquelle les cellules souches se divisent et soit se renouvellent, soit créent des cellules déterminées. Cette phase ne comprend que des divisions mitotiques.
2. Dans la phase suivante, qualifiée d’intermédiaire, les cellules déterminées sont des cellules de transit, elles subissent à la fois des mitoses et une maturation/différenciation. Elles deviennent donc de plus en plus matures, tout en continuant à se diviser.
3. La dernière phase est une phase de maturation : les cellules ne se divisent plus mais ne font plus que se différencier et maturer, jusqu’à donner des cellules matures, dotées de tout le matériel nécessaire à leur fonction.

Entre la première phase (prolifération sans différenciations) et la troisième (différenciations sans prolifération), la phase intermédiaire est très flexible, permettant des périodes de maturation plus ou moins longues, différant selon les lignées cellulaires.

Notes et références

• Scott F. Gilbert, Development Biology 4^e édition, Sinauer Associates, 1994
• C.S. Potten, Stem cells, Academic Press limited, 1997

Voir aussi

Liens internes

• La page plus générale sur les cellules souches
• Les cellules souches utilisées dans le cadre de la médecine
• Le méristème, qui contient des « cellules souches » végétales
• La différenciation cellulaire

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