La mœlle osseuse à l'origine des cellules souches mésenchymateuses

ARTICLE

On sait, depuis les travaux de Lorenz en 1951 [1] que la moelle est la source exclusive des cellules souches hématopoïétiques, c'est-à-dire des cellules capables de reconstituer l'hématopoïèse de receveurs irradiés à dose létale. Depuis cinq ans environ, différents travaux suggèrent que la moelle pourrait être la source de cellules souches d'un type différent à l'origine des lignages du mésenchyme-chondro-ostéoblastique, fibroblasto-adipocytaire, musculaire lisse et musculaire sarcomérique.

Les travaux les plus récents portent sur le lignage des cellules musculaires squelettiques. Ferrari et al. dans le numéro du 6 mars 1998 de Science [2] ont montré que des cellules médullaires murines participaient à la régénération musculaire de souris immunodéficientes. Leur démonstration est passée par deux étapes. Dans un premier temps, ils ont injecté, dans un muscle endommagé (après injection locale de cardiotoxine), des cellules médullaires et, dans le muscle controlatéral, des cellules satellites (d'origine musculaire et considérées comme les cellules locales primitives du lignage musculaire squelettique). Cellules médullaires et cellules satellites provenaient d'animaux transgéniques pour nls lacZ (sous le contrôle du promoteur de la chaîne légère de la myosine à spécificité musculaire squelettique) et étaient de ce fait facilement reconnaissables après marquage bleu utilisant le substrat X Gal, à la condition d'être déterminées selon le lignage myogénique. Deux semaines après l'administration locale, de nombreuses fibres musculaires contenaient des noyaux bleus indiquant la différenciation myogénique, non seulement, et comme attendu, après administration des cellules satellites, mais aussi après celle des cellules médullaires.

Dans une deuxième série d'expériences les souris receveuses H-2^d ont été irradiées et transplantées avec les cellules médullaires des souris transgéniques H-2^b. Deux à trois semaines après l'injection intraveineuse, on a pu constater, dans les fibres musculaires des animaux sacrifiés, des noyaux bleus, aussi bien au niveau des fibres centrales immatures que des fibres périphériques matures. Par ailleurs, l'étude du complexe majeur d'histocompatibilité a montré une reconstitution hématopoïétique, médullaire, splénique et thymique.

Ces données montrent que la moelle contient des précurseurs myogéniques et suggèrent que ces précurseurs sont capables de passer dans la circulation avant de coloniser les muscles endommagés et de reconstituer les fibres lésées. Un travail de l'équipe de Caplan publié en 1995 [3] suggère que ces précurseurs pourraient être une sous-classe de cellules stromales, puisque des cellules adhérentes de culture au long cours de moelle de rat peuvent, sous l'influence d'agents déméthylant l'ADN (dérivés de l'azacytidine), donner naissance à des cellules multinucléées allongées contenant de la myosine à spécificité musculaire squelettique et capables de se contracter, spontanément et sous l'influence de l'acétylcholine.

Des travaux également récents de l'équipe de Prockop [4, 5] ont par ailleurs montré que la moelle de souris contenait des précurseurs capables de se nicher, après transplantation d'animaux irradiés, dans l'os, le cartilage et les poumons. Ces cellules paraissent également d'origine stromale, étant obtenues à partir de couche adhérente de culture au long cours.

Ces différents travaux, s'ils sont extrapolables à l'homme, ont un intérêt considérable en thérapie génique. Les cellules stromales sont en effet aisément cultivables. Leur transduction à l'aide de vecteurs rétroviraux ne pose pas de problème majeur [6].

L'administration intraveineuse chez l'homme n'entraîne pas d'effet secondaire notable [7]. Les conditions seraient donc réunies pour cultiver les cellules, y introduire le gène thérapeutique d'intérêt, les injecter par voie intraveineuse et ainsi permettre le traitement de myopathies ou d'ostéopathies congénitales (maladie de Duchenne, osteogenesis imperfecta...).

REFERENCES

1. Lorenz E, Uphoff D, Reid TR, Shelton E. Modification of irradiation injury in mice and guinea pigs by bone marrow injections. J Nat Cancer Inst 1951 ; 12 : 197-201.

2. Ferrari G, Cusella-De Angelis G, Coletta M, Paolucci E, Stornaiulo A, Cossu G, Mavilio F. Muscle regeneration by bone marrow-derived myogenic progenitors. Science 1998 ; 279 : 1528-30.

3. Wakitani S, Saito T, Caplan AI. Myogenic cells derived from rat bone marrow mesenchymal stem cells exposed to 5-azacytidine. Muscle & Nerve 1995 ; 18 : 1417-26.

4. Pereira RF, Halford KW, O'Hara MD, Leeper DB, Sokolov BP, Pollard MD, Bagasra O, Prockop DJ. Cultured adherent cells from marrow can serve as long-lasting precursor cells for bone, cartilage, and lung in irradiated mice. Proc Natl Acad Sci USA 1995 ; 92 : 4857-61.

5. Pereira RF, O'Hara MD, Laptev AV, Halford KW, Pollard MD, Class R, Simon D, Livezey K, Prockop DJ. Marrow stromal cells as a source of progenitor cells for non hematopoietic tissues in transgenic mice with a phenotype of osteogenesis imperfecta. Proc Natl Acad Sci USA 1998 ; 95 : 1142-7.

6. Bulabois CE, Yerly-Motta V, Mortensen BT, Fixe P, Remy-Martin JP, Hervé P, Tiberghien P, Charbord P. Retroviral-mediated marker gene transfer in hematopoiesis-supportive marrow stromal cells. J Hematother 1998 (sous presse).

7. Lazarus HL, Haynesworth SE, Gerson SL, Rosenthal NS, Caplan AI. Ex vivo expansion and subsequent infusion of human bone marrow-derived stromal progenitor cells (mesenchymal progenitor cells) : implications for therapeutic use. Bone Marrow Transplant 1995 ; 16 : 557-64.