B4 · Cycle et destin cellulaires
Prolifération, différenciation et cellules souches
Opposer prolifération et différenciation et décrire l'équilibre entre les deux dans un tissu. Classer les cellules souches selon leur potentiel et présenter les principes de la thérapie cellulaire.
Biologie cellulaire6 min de lecture17 QCM corrigés
Prolifération et différenciation
Deux processus distincts
Les mécanismes du cycle, des cyclines, des CDK et de la mitose sont étudiés dans les fiches précédentes ; ici, la prolifération est envisagée comme un déterminant du renouvellement tissulaire.
Une cellule proliférante produit de nouvelles cellules, mais cette multiplication ne détermine pas nécessairement leur identité fonctionnelle. Les cellules filles peuvent conserver le même état, s'engager vers une spécialisation ou entrer en quiescence.
Les cellules d'un organisme possèdent en principe le même génome nucléaire, mais n'expriment pas les mêmes ensembles de gènes. La différenciation repose donc principalement sur une sélection des gènes exprimés, stabilisée par des réseaux de facteurs de transcription et par des mécanismes épigénétiques.
Elle s'accompagne généralement :
- de la synthèse de protéines propres à la fonction acquise ;
- d'une modification de la forme et des organites ;
- d'une diminution progressive du potentiel de différenciation ;
- souvent, mais pas obligatoirement, d'une réduction de la capacité proliférative.
Engagement et maturation
Un lignage cellulaire correspond à l'ensemble des cellules issues d'un même précurseur et suivant une même trajectoire de différenciation. L'engagement précède habituellement la maturation terminale. À mesure que la cellule progresse dans ce lignage, ses choix possibles se réduisent.
La différenciation est généralement stable, car les profils d'expression génique sont entretenus au cours des divisions. Elle n'est cependant pas une modification de la séquence de l'ADN. Une reprogrammation expérimentale peut donc ramener certaines cellules différenciées vers un état de potentiel plus large.
Équilibre entre renouvellement et spécialisation
Homéostasie d'un tissu
Le nombre de cellules dépend d'un équilibre entre leur production et leur disparition. La production repose sur la prolifération des cellules souches et des progéniteurs. Les pertes résultent notamment de l'élimination cellulaire et du détachement de cellules. Les mécanismes moléculaires de l'apoptose, de la nécrose et de la sénescence relèvent des fiches voisines.
À l'état stable, compense et est nul. Si la production dépasse les pertes, le tissu augmente de taille. Si les pertes dépassent la production, il s'appauvrit en cellules.
Cet équilibre est régulé par des signaux :
- intrinsèques, liés à l'état du cycle, aux facteurs de transcription et à l'intégrité cellulaire ;
- extrinsèques, provenant des cellules voisines, de la matrice extracellulaire ou de messagers diffusibles.
Une prolifération insuffisante compromet le renouvellement. Une prolifération excessive ou dissociée de la différenciation favorise l'accumulation de cellules peu spécialisées et désorganise le tissu.
Cellules souches et hiérarchie cellulaire
L'auto-renouvellement maintient le réservoir de cellules souches, tandis que la différenciation alimente le tissu en cellules fonctionnelles. Ces deux résultats peuvent être obtenus par des divisions :
- symétriques d'auto-renouvellement, produisant deux cellules souches ;
- symétriques de différenciation, produisant deux cellules engagées ;
- asymétriques, produisant une cellule souche et une cellule engagée.
Les progéniteurs peuvent effectuer plusieurs divisions amplificatrices avant la différenciation terminale. Ce fonctionnement permet de produire de nombreuses cellules spécialisées sans solliciter à chaque fois la division des cellules souches.
La niche cellulaire
La niche contrôle l'équilibre entre quiescence, auto-renouvellement et engagement. Elle protège ainsi le réservoir souche tout en permettant une augmentation de la production cellulaire lorsque les besoins du tissu s'élèvent.
Classification selon le potentiel de différenciation
La restriction du potentiel est progressive : une cellule pluripotente donne naissance à des cellules multipotentes, puis à des progéniteurs de plus en plus engagés. Cette hiérarchie ne décrit pas le degré d'activité d'une cellule, mais l'étendue de ses devenirs possibles.
Cellules souches embryonnaires, adultes et reprogrammées
Les cellules souches embryonnaires sont pluripotentes et possèdent une forte capacité d'auto-renouvellement. Leur potentiel étendu permet d'obtenir de nombreux types cellulaires, mais impose un contrôle strict de leur différenciation.
Les cellules souches adultes, aussi appelées cellules souches somatiques, résident dans des tissus constitués. Elles participent à leur entretien et à leur réparation. Leur potentiel est habituellement multipotent, oligopotent ou unipotent, donc plus restreint.
Les cellules souches pluripotentes induites sont obtenues par reprogrammation de cellules différenciées. Elles acquièrent un état proche de la pluripotence sans provenir directement d'un embryon, mais leur stabilité génétique et épigénétique doit être vérifiée.
Principes de la thérapie cellulaire
Les cellules administrées peuvent agir par intégration durable dans le tissu, par production de cellules spécialisées ou par libération de signaux influençant les cellules présentes.
Une cellule insuffisamment différenciée peut proliférer de manière incontrôlée. Une cellule mal orientée peut acquérir une identité inadaptée au tissu receveur. S'ajoutent les risques de rejet immunitaire, de perte de fonction, d'instabilité génétique et de contamination lors de la préparation.
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