18.2 : Fabrication des éléments formés
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Objectifs d'apprentissage
- Tracez la génération des éléments du sang formés à partir des cellules souches de la moelle osseuse
- Discuter du rôle des facteurs de croissance hématopoïétiques dans la promotion de la production des éléments formés
La durée de vie des éléments formés est très courte. Bien qu'un type de leucocyte appelé cellules mémoire puisse survivre pendant des années, la plupart des érythrocytes, des leucocytes et des plaquettes ne vivent normalement que de quelques heures à quelques semaines. Ainsi, le corps doit former de nouvelles cellules sanguines et de nouvelles plaquettes rapidement et continuellement. Lorsque vous donnez une unité de sang lors d'une collecte de sang (environ 475 ml, soit environ 1 pinte), votre corps remplace généralement le plasma donné dans les 24 heures, mais il faut environ 4 à 6 semaines pour remplacer les cellules sanguines. Cela limite la fréquence à laquelle les donneurs peuvent apporter leur sang. Le processus par lequel ce remplacement se produit est appelé hématopoïèse, ou hématopoïèse (du grec haima- = « sang » ; -poïèse = « production »).
Sites d'hématopoïèse
Avant la naissance, l'hémopoïèse se produit dans un certain nombre de tissus, en commençant par le sac vitellin de l'embryon en développement, puis dans le foie foetal, la rate, le tissu lymphatique et finalement la moelle osseuse rouge. Après la naissance, la majeure partie de l'hématopoïèse se produit dans la moelle rouge, un tissu conjonctif situé dans les espaces du tissu osseux spongieux (spongieux). Chez l'enfant, l'hémopoïèse peut se produire dans la cavité médullaire des os longs ; chez l'adulte, le processus se limite en grande partie aux os crânien et pelvien, aux vertèbres, au sternum et aux épiphyses proximales du fémur et de l'humérus.
Tout au long de l'âge adulte, le foie et la rate conservent leur capacité à générer les éléments formés. Ce processus est appelé hémopoïèse extramédullaire (c'est-à-dire hématopoïèse en dehors de la cavité médullaire des os adultes). Lorsqu'une maladie telle que le cancer des os détruit la moelle osseuse, provoquant l'échec de l'hématopoïèse, une hémopoïèse extramédullaire peut être initiée.
Différenciation des éléments formés à partir des cellules souches
Tous les éléments formés proviennent de cellules souches de la moelle osseuse rouge. Rappelons que les cellules souches subissent une mitose et une cytokinèse (division cellulaire) pour donner naissance à de nouvelles cellules filles : l'une d'elles reste une cellule souche et l'autre se différencie en l'un des nombreux types de cellules. Les cellules souches peuvent être considérées comme faisant partie d'un système hiérarchique, avec une certaine perte de capacité de diversification à chaque étape. La cellule souche totipotente est le zygote, ou ovule fécondé. La cellule souche totipotente (toti- = « toutes ») donne naissance à toutes les cellules du corps humain. Le niveau suivant est celui des cellules souches pluripotentes, qui donnent naissance à de multiples types de cellules du corps et à certaines des membranes fœtales qui les soutiennent. En dessous de ce niveau, la cellule mésenchymateuse est une cellule souche qui se développe uniquement en types de tissu conjonctif, y compris le tissu conjonctif fibreux, les os, le cartilage et le sang, mais pas en épithélium, en muscle et en tissu nerveux. Un cran plus bas dans la hiérarchie des cellules souches se trouve la cellule souche hémopoïétique, ou hémocytoblaste. Tous les éléments du sang formés proviennent de ce type spécifique de cellule.
L'hématopoïèse commence lorsque la cellule souche hématopoïétique est exposée à des stimuli chimiques appropriés appelés collectivement facteurs de croissance hématopoïétiques, qui l'incitent à se diviser et à se différencier. Une cellule fille demeure une cellule souche hématopoïétique, ce qui permet à l'hématopoïèse de se poursuivre. L'autre cellule fille devient l'un des deux types de cellules souches plus spécialisées (Figure\(\PageIndex{1}\)) :
- Les cellules souches lymphoïdes donnent naissance à une classe de leucocytes appelés lymphocytes, qui comprend les différents lymphocytes T, les lymphocytes B et les cellules tueuses naturelles (NK), qui jouent tous un rôle dans l'immunité. Cependant, l'hématopoïèse des lymphocytes progresse quelque peu différemment du processus pour les autres éléments formés. En résumé, les cellules souches lymphoïdes migrent rapidement de la moelle osseuse vers les tissus lymphatiques, y compris les ganglions lymphatiques, la rate et le thymus, où leur production et leur différenciation se poursuivent. Les lymphocytes B sont ainsi nommés car ils arrivent à maturité dans la moelle osseuse, tandis que les lymphocytes T arrivent à maturité dans le thymus.
- Les cellules souches myéloïdes donnent naissance à tous les autres éléments formés, y compris les érythrocytes, les mégacaryocytes qui produisent les plaquettes et une lignée de myéloblastes qui donne naissance à des monocytes et à trois formes de leucocytes granulaires : les neutrophiles, les éosinophiles et les basophiles.
Les cellules souches lymphoïdes et myéloïdes ne se divisent pas et ne se différencient pas immédiatement en éléments formés matures. Comme vous pouvez le voir sur la figure\(\PageIndex{1}\), il existe plusieurs stades intermédiaires des cellules précurseurs (littéralement, des cellules précurseurs), dont beaucoup peuvent être reconnues par leur nom, qui porte le suffixe -blast. Par exemple, les mégacaryoblastes sont les précurseurs des mégacaryocytes, et les proérythroblastes deviennent des réticulocytes, qui éjectent leur noyau et la plupart des autres organites avant de mûrir en érythrocytes.
Facteurs de croissance hématopoïétiques
Le développement des cellules souches vers les cellules précurseurs vers les cellules matures est à nouveau initié par des facteurs de croissance hématopoïétiques. Il s'agit notamment des éléments suivants :
- L'érythropoïétine (EPO) est une hormone glycoprotéique sécrétée par les cellules fibroblastiques interstitielles des reins en réponse à de faibles niveaux d'oxygène. Elle provoque la production d'érythrocytes. Certains athlètes utilisent l'EPO synthétique comme médicament améliorant la performance (dopage sanguin) afin d'augmenter le nombre de globules rouges et, par la suite, d'augmenter l'apport d'oxygène aux tissus de l'organisme. L'EPO est une substance interdite dans la plupart des sports organisés, mais elle est également utilisée à des fins médicales dans le traitement de certaines anémies, en particulier celles provoquées par certains types de cancer, et d'autres troubles nécessitant une augmentation du nombre d'érythrocytes et des niveaux d'oxygène.
- La thrombopoïétine, une autre hormone glycoprotéique, est produite par le foie et les reins. Il déclenche le développement de mégacaryocytes en plaquettes.
- Les cytokines sont des glycoprotéines sécrétées par une grande variété de cellules, notamment la moelle osseuse rouge, les leucocytes, les macrophages, les fibroblastes et les cellules endothéliales. Ils agissent localement en tant que facteurs autocrins ou paracrines, stimulant la prolifération des cellules progénitrices et aidant à stimuler la résistance à la fois non spécifique et spécifique aux maladies. Il existe deux principaux sous-types de cytokines appelés facteurs de stimulation des colonies et interleukines.
- Les facteurs de stimulation des colonies (CSF) sont des glycoprotéines qui agissent localement, en tant que facteurs autocrins ou paracrines. Certains déclenchent la différenciation des myéloblastes en leucocytes granulaires, à savoir les neutrophiles, les éosinophiles et les basophiles. Ils sont appelés CSF granulocytaires. Un LCR différent induit la production de monocytes, appelés CSF monocytaires. Les granulocytes et les monocytes sont stimulés par le GM-CSF ; les granulocytes, les monocytes, les plaquettes et les érythrocytes sont stimulés par le multi-CSF. Des formes synthétiques de ces hormones sont souvent administrées à des patients atteints de diverses formes de cancer qui reçoivent une chimiothérapie afin de rétablir leur taux de globules blancs.
- Les interleukines sont une autre classe de molécules de signalisation des cytokines importantes dans l'hématopoïèse. On pensait initialement qu'ils étaient sécrétés uniquement par les leucocytes et qu'ils ne communiquaient qu'avec d'autres leucocytes. Ils ont été nommés en conséquence, mais on sait maintenant qu'ils sont produits par diverses cellules, dont la moelle osseuse et l'endothélium. Les chercheurs soupçonnent maintenant que les interleukines peuvent jouer d'autres rôles dans le fonctionnement de l'organisme, notamment la différenciation et la maturation des cellules, la production d'immunité et d'inflammation. À ce jour, plus d'une douzaine d'interleukines ont été identifiées, d'autres étant susceptibles de suivre. Ils sont généralement numérotés IL-1, IL-2, IL-3, etc.
LIENS QUOTIDIENS : Dopage sanguin
Dans son intention initiale, le terme dopage sanguin a été utilisé pour décrire la pratique consistant à injecter par transfusion des globules rouges supplémentaires à un individu, généralement pour améliorer ses performances dans un sport. Des globules rouges supplémentaires fourniraient plus d'oxygène aux tissus, fournissant ainsi une capacité aérobie supplémentaire, désignée cliniquement sous le nom de VO2 max. Les cellules provenaient soit du receveur (autologue), soit d'un donneur dont le sang était compatible (homologue). Cette pratique a été facilitée par les techniques bien développées de récolte, de concentration et de congélation des globules rouges qui pouvaient ensuite être décongelés et injectés tout en conservant leur fonctionnalité. Ces pratiques sont considérées comme illégales dans pratiquement tous les sports et présentent un risque d'infection, ce qui augmente considérablement la viscosité du sang et le risque de transmission d'agents pathogènes transmis par le sang si le sang provient d'une autre personne.
Avec le développement de l'EPO synthétique dans les années 1980, il est devenu possible de fournir des globules rouges supplémentaires en stimulant artificiellement la production de globules rouges dans la moelle osseuse. Développée à l'origine pour traiter les patients souffrant d'anémie, d'insuffisance rénale ou de traitements contre le cancer, de grandes quantités d'EPO peuvent être générées par la technologie de l'ADN recombinant. L'EPO synthétique est injectée sous la peau et peut augmenter l'hématocrite pendant de nombreuses semaines. Elle peut également provoquer une polycythémie et porter l'hématocrite à 70 ou plus. Cette viscosité accrue augmente la résistance du sang et force le cœur à pomper plus efficacement ; dans les cas extrêmes, elle entraîne la mort. Il a été démontré que d'autres médicaments tels que le chlorure de cobalt II augmentent l'expression naturelle du gène EPO. Le dopage sanguin est devenu problématique dans de nombreux sports, en particulier le cyclisme. Lance Armstrong, vainqueur de sept titres du Tour de France et de nombreux autres titres cyclistes, a été dépouillé de ses victoires et a été reconnu pour dopage sanguin en 2013.
Prélèvement et transplantation de moelle osseuse
Parfois, un professionnel de la santé prescrira une biopsie de la moelle osseuse, un test diagnostique sur un échantillon de moelle osseuse rouge ou une greffe de moelle osseuse, un traitement dans lequel la moelle osseuse saine du donneur et ses cellules souches remplacent la moelle osseuse défectueuse d'un patient. Ces tests et procédures sont souvent utilisés pour aider au diagnostic et au traitement de diverses formes graves d'anémie, telles que la thalassémie majeure et la drépanocytose, ainsi que de certains types de cancer, en particulier la leucémie.
Dans le passé, lorsqu'un prélèvement ou une greffe de moelle osseuse était nécessaire, l'intervention nécessitait l'insertion d'une aiguille de gros calibre dans la région située près de la crête iliaque des os pelviens (os coxae). Cet emplacement a été préféré, car son emplacement près de la surface du corps le rend plus accessible et il est relativement isolé de la plupart des organes vitaux. Malheureusement, la procédure est assez douloureuse.
Désormais, le prélèvement direct de moelle osseuse peut souvent être évité. Dans de nombreux cas, les cellules souches peuvent être isolées en quelques heures à partir d'un échantillon de sang d'un patient. Les cellules souches isolées sont ensuite cultivées en culture à l'aide des facteurs de croissance hématopoïétiques appropriés, puis analysées ou parfois congelées pour une utilisation ultérieure.
Pour une personne qui a besoin d'une greffe, il est essentiel de trouver un donneur compatible pour empêcher le système immunitaire de détruire les cellules du donneur, un phénomène connu sous le nom de rejet tissulaire. Pour traiter les patients ayant subi une greffe de moelle osseuse, il faut d'abord détruire la moelle malade du patient par radiothérapie et/ou chimiothérapie. Les cellules souches de la moelle osseuse du donneur sont ensuite perfusées par voie intraveineuse. À partir de la circulation sanguine, ils s'établissent dans la moelle osseuse du receveur.
Révision du chapitre
Au cours du processus d'hématopoïèse, les éléments formés du sang sont produits en permanence, remplaçant les érythrocytes, les leucocytes et les plaquettes à durée de vie relativement courte. L'hématopoïèse commence dans la moelle osseuse rouge, avec des cellules souches hématopoïétiques qui se différencient en lignées myéloïdes et lymphoïdes. Les cellules souches myéloïdes sont à l'origine de la plupart des éléments formés. Les cellules souches lymphoïdes ne donnent naissance qu'aux différents lymphocytes appelés cellules B et T et aux cellules NK. Les facteurs de croissance hématopoïétiques, notamment l'érythropoïétine, la thrombopoïétine, les facteurs stimulant les colonies et les interleukines, favorisent la prolifération et la différenciation des éléments formés.
Questions sur les liens interactifs
Regardez cette vidéo pour voir des médecins discuter des dangers du dopage sanguin dans le sport. Quels sont les effets secondaires potentiels du dopage sanguin ?
Réponse : Les effets secondaires peuvent inclure les maladies cardiaques, les accidents vasculaires cérébraux, l'embolie pulmonaire et la transmission du virus.
Questions de révision
Q. Lequel des éléments formés provient des cellules souches myéloïdes ?
A. Cellules B
B. cellules tueuses naturelles
C. plaquettes
D. tout ce qui précède
Réponse : C
Q. Laquelle des affirmations suivantes concernant l'érythropoïétine est vraie ?
R. Elle facilite la prolifération et la différenciation de la lignée érythrocytaire.
B. C'est une hormone produite par la glande thyroïde.
C. Il s'agit d'un facteur de croissance hématopoïétique qui incite les cellules souches lymphoïdes à quitter la moelle osseuse.
D. A et b sont tous deux vrais.
Réponse : A
Q. Les interleukines sont principalement associées à laquelle des substances suivantes ?
A. Production de différents lymphocytes
B. réponses immunitaires
C. inflammation
D. tout ce qui précède
Réponse : D
Questions sur la pensée critique
Q. La myélofibrose est un trouble caractérisé par une inflammation et la formation de tissu cicatriciel dans la moelle osseuse qui altèrent l'hématopoïèse. L'un des signes est une hypertrophie de la rate. Pourquoi ?
R. Lorsque la maladie altère la capacité de la moelle osseuse à participer à l'hématopoïèse, une hémopoïèse extramédullaire commence dans le foie et la rate du patient. Cela provoque une hypertrophie de la rate.
Q. Vous attendez-vous à ce qu'un patient atteint d'une forme de cancer appelée leucémie myéloïde aiguë présente une diminution de la production d'érythrocytes ou de lymphocytes ? Expliquez votre choix.
R. L'adjectif myéloïde suggère une affection provenant (générée par) les cellules myéloïdes. La leucémie myéloïde aiguë nuit à la production d'érythrocytes et d'autres éléments matures formés de la lignée de cellules souches myéloïdes. Les lymphocytes proviennent de la lignée de cellules souches lymphoïdes.
Lexique
- biopsie de la moelle osseuse
- test diagnostique d'un échantillon de moelle osseuse rouge
- greffe de moelle osseuse
- traitement dans lequel la moelle osseuse saine d'un donneur et ses cellules souches remplacent la moelle osseuse malade ou endommagée d'un patient
- facteurs de stimulation des colonies (CSF)
- glycoprotéines qui déclenchent la prolifération et la différenciation des myéloblastes en leucocytes granulaires (basophiles, neutrophiles et éosinophiles)
- cytokines
- classe de protéines qui agissent comme des molécules de signalisation autocrines ou paracrines ; dans le système cardiovasculaire, elles stimulent la prolifération des cellules progénitrices et aident à stimuler la résistance à la fois non spécifique et spécifique aux maladies
- érythropoïétine (EPO)
- glycoprotéine qui déclenche la production de globules rouges par la moelle osseuse ; sécrétée par les reins en réponse à de faibles niveaux d'oxygène
- hémocytoblaste
- cellule souche hématopoïétique qui donne naissance aux éléments formés du sang
- hématopoïèse
- production des éléments formés du sang
- facteurs de croissance hématopoïétiques
- signaux chimiques, y compris l'érythropoïétine, la thrombopoïétine, les facteurs de stimulation des colonies et les interleukines, qui régulent la différenciation et la prolifération de certaines cellules progénitrices du sang
- cellules souches hématopoïétiques
- type de cellule souche pluripotente qui donne naissance aux éléments formés du sang (hémocytoblaste)
- interleukines
- molécules de signalisation qui peuvent jouer un rôle dans l'hématopoïèse, l'inflammation et des réponses immunitaires spécifiques
- cellules souches lymphoïdes
- type de cellules souches hématopoïétiques qui donnent naissance à des lymphocytes, y compris divers lymphocytes T, cellules B et cellules NK, qui fonctionnent tous dans le domaine de l'immunité
- cellules souches myéloïdes
- type de cellule souche hématopoïétique qui donne naissance à certains éléments formés, notamment des érythrocytes, des mégacaryocytes qui produisent des plaquettes et une lignée de myéloblastes qui donne naissance à des monocytes et à trois formes de leucocytes granulaires (neutrophiles, éosinophiles et basophiles)
- cellule souche pluripotente
- cellule souche dérivée de cellules souches totipotentes et capable de se différencier en de nombreux types de cellules, mais pas tous
- cellule souche totipotente
- cellule souche embryonnaire capable de se différencier en toutes les cellules du corps, permettant ainsi le développement complet d'un organisme
- thrombopoïétine
- hormone sécrétée par le foie et les reins qui provoque le développement des mégacaryocytes en thrombocytes (plaquettes)