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Travail pratique d'histologie/ ulpgl goma

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La differenciation cellulaire

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Université Libre des Pays des Grands Lacs
ULPGL/Goma
B.P : 368
Faculté de Médecine
Promotion : G2
Cours d’histologie générale
Sujet : la différenciation cellulaire
Travail fait par :
1. ADELPHINE KAVIRA Mwatsi
2. AGANZE KAMWAMI Armel
3. AGANZE MOGO Niké
4. AMANI MUHAWE Toussaint
5. ASIFIWE BAHATI Aristote
6. ASSUMINI NDEBA Stella
7. ATIBU LUZINGA Jeannette
8. BAGAMBA NDIZIHIWE James
9. BANDU TSONGERA Luc
10. BAIBIKA SALUMU Olivier
11. BEHE HANGI Serge
12. BIBUYA MUTHAMU Moise
13. BIREGO BYAMUNGU Christian
Année Académique: 2017-2018
1
I. Généralités
Chez les organismes pluricellulaires, la différenciation cellulaire permet de
diminuer le taux d’énergie nécessaire pour le maintien de la vie. Les
différenciations peuvent être mises en évidence au niveau tissulaire,
cellulaire ou moléculaire. Durant l’embryogenèse, la différenciation
cellulaire se met en place progressivement.
Une des causes de la différenciation est l’expression
spécifique des protéines dénommées « facteurs de transcriptions » qui
contrôlent l’expression des différents gènes. Ces facteurs appartiennent à
différentes familles biochimiques. Une des questions essentielles de la
biologie du développement est la compréhension des mécanismes
impliqués dans la mise en place de cette différenciation cellulaire.
Le premier évènement correspond à la survenue d’une mitose asymétrique
régénérant deux lignage cellulaire diffèrent ceci est la polarisation de
l’ovocyte.
Le deuxième évènement est expliqué par la désintégration cellulaire
(inductions). Ces inductions peuvent être dues à des contacts
intercellulaires permis grâce à des molécules d’adhérence cellulaire ou à
des protéines secrétées qui peuvent être soit hydrophile ou hydrophobe.
2
II. INTRODUCTION
a. Etymologie
La cellule est l’unité de base de tous les organismes vivants.
Le terme « cellule » nous vient du naturaliste anglais R.HOOKE (1635-
1703) à la suite d’observations réalisées à l’aide d’un des premiers
microscopes. Examinant une très mince portion de liège, il y découvrit une
multitude des petites cavités séparés par des fines cloisons sinueuses, il
appela ces cavités « cellules » ce qui signifie « petite chambre ». Le rôle
joué par la cellule dans l’organisme peut influencer sa forme. Ainsi les
cellules épidermique sont large et plates, les cellules musculaire sont des
fuseaux long et mince, les cellules nerveuses portent des longs
prolongements ramifiés (axone) destinés à conduire le flux nerveux, les
globules rouges du sang sont des petits disques concaves, etc.
Selon le type de signal extérieur, la cellule va entrer en apoptose, se
différencier ou continuer sa prolifération.
1
b. Définitions
Plusieurs définitions de la différenciation cellulaire sont admises mais nous
en avons retenus trois :
1
http://ead.univ-angers.fr
3
 La différenciation cellulaire est l’acquisition par la cellule d’une
fonction et d’une morphologie spécialisée et définitive.
 La différenciation cellulaire est le processus par lequel une cellule
acquiert les caractéristiques d’un type cellulaire sur le plan
morphologique et fonctionnel.
 La différenciation cellulaire est un mécanisme par lequel une cellule
non spécialisée se spécialise en un des nombreux types cellulaires
composant le corps.
c. organismes concernés.
Les organismes concernés par la différenciation cellulaire sont les
eucaryotes multicellulaires par le fait que, chez eux, toutes les cellules ne
sont pas identiques. Etant composés de plusieurs cellules, ils doivent
présenter au niveau de celles-ci des différences importantes au niveau de
leur morphologie et de leur fonction. Par exemple les cellules qui
composent la peau chez l’homme sont différentes des cellules composant
les organes interne.
III. Différenciation cellulaire
a. Mécanisme
La cellule va tout d'abord recevoir un signal de maintien de l'état
indifférencié et va donc continuer de proliférer en donnant des cellules
identiques à elle-même, ce qui va permettre l'auto-renouvèlement du cycle
dans lequel cette cellule réside.
Elle va recevoir, à un moment donné, un premier signal de différenciation,
qui va entrainer la mise en place de tout le programme de différenciation.
Dans un premier temps, il n'y a aucune modification morphologique, ni
4
Fonctionnelle puis quelques modifications fonctionnelles bien qu'il n'y ait
pas de modifications morphologique (= cellules déterminées). Enfin elle
reçoit une série de deuxièmes signaux en acquérant une structure et une
fonction différentes (= cellules différenciées).
Pour se différencier, une cellule indifférenciée doit recevoir des
informations lui permettant :
 D’obtenir une identité tissulaire,
 De proliférer et se déplacer,
 De définir ses coordonnés spatiales.
En outre, la différenciation peut entrainer des changements dans bon
nombre d’aspects de la physiologie de la cellule : sa taille, sa forme, sa
polarité, son activité métabolique, sa sensibilité à certains signaux et ses
expressions de gènes peuvent toutes être modifiées durant la
différenciation.
b. facteurs de différenciation2
Cette spécialisation se fait au cours de l’embryogenèse et dépend des
facteurs de transcription ou facteurs de différenciation. Les cellules vont
être affectées des facteurs différents dépendant de leurs localisations. Mais
à la base n’importe quelle cellule pourrait exprimer potentiellement
n’importe quel gène mais chez les eucaryotes, les ARN polymérase
nécessitent les facteurs de transcription entre autre pour pouvoir transcrire
certains gènes. Et donc selon leurs localisations, elle recevra des facteurs
différents. Ces facteurs permettront à l’ARN polymérase d’exprimer
certaine gêne. La synthèse des protéines sera donc spécifique là aussi.
Selon les fonctions de l’ensemble des protéines spécifique, la cellule
trouvera une fonction particulière dans l’organisme.
La structure et la fonction d’une cellule différenciée dépend :
o De son passé (mémoire cellulaire)
o De son environnement actuel
La mémoire cellulaire est liée à l’environnement nucléaire : combinaison
des facteurs régulateurs de la transcription présents dans la cellule, et des
gènes plus ou moins actifs sur l’ADN acquises au cours de la différentiation
cellulaire.
L'organisme humain se compose de centaines de types cellulaires
différents, tous dérivés du zygote.
Le zygote est la cellule unique formée par la fusion d'un spermatozoïde et
d’un ovocyte à la fécondation. Les premières divisions cellulaires zygotiques
produisent des cellules appelées blastomères et, dans le cadre de la
2
Junqueira’s basic histology, text and atlas, p 18
5
masse cellulaire interne des embryons précoces, les blastomères donnent
naissance à tous les types de tissus du fœtus. Explanté aux cellules de
culture tissulaire de la masse appel interne sont appelées cellules souches
embryonnaires. Au cours de leur processus de spécialisation, appelé
différenciation cellulaire, les cellules synthétisent des quantités accrues de
protéines spécifiques et deviennent très efficaces dans des fonctions
spécialisées, souvent en modifiant leur forme en conséquence. Par
exemple, les précurseurs de cellules musculaires s'allongent en cellules
ressemblant à des fibres contenant de grandes quantités d'actine et de
myosine.
Toutes les cellules animales contiennent et utilisent l’actine et la myosine,
mais les cellules musculaires sont spécifiées pour utiliser ces protéines pour
convertir l'énergie chimique en contractions énergiques. Les principales
fonctions cellulaires effectuées par des cellules spécialisées dans le corps
sont énumérés dans le tableau qui suit (Janqueira’s basic histology, p 18).
Il est important de comprendre que les fonctions énumérées ici peuvent
être réalisées par la plupart des cellules du corps ; Les cellules spécialisées
ont considérablement étendu leur capacité pour une ou plusieurs de ces
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Travail pratique d'histologie/ ulpgl goma

  • 1. 0 Université Libre des Pays des Grands Lacs ULPGL/Goma B.P : 368 Faculté de Médecine Promotion : G2 Cours d’histologie générale Sujet : la différenciation cellulaire Travail fait par : 1. ADELPHINE KAVIRA Mwatsi 2. AGANZE KAMWAMI Armel 3. AGANZE MOGO Niké 4. AMANI MUHAWE Toussaint 5. ASIFIWE BAHATI Aristote 6. ASSUMINI NDEBA Stella 7. ATIBU LUZINGA Jeannette 8. BAGAMBA NDIZIHIWE James 9. BANDU TSONGERA Luc 10. BAIBIKA SALUMU Olivier 11. BEHE HANGI Serge 12. BIBUYA MUTHAMU Moise 13. BIREGO BYAMUNGU Christian Année Académique: 2017-2018
  • 2. 1 I. Généralités Chez les organismes pluricellulaires, la différenciation cellulaire permet de diminuer le taux d’énergie nécessaire pour le maintien de la vie. Les différenciations peuvent être mises en évidence au niveau tissulaire, cellulaire ou moléculaire. Durant l’embryogenèse, la différenciation cellulaire se met en place progressivement. Une des causes de la différenciation est l’expression spécifique des protéines dénommées « facteurs de transcriptions » qui contrôlent l’expression des différents gènes. Ces facteurs appartiennent à différentes familles biochimiques. Une des questions essentielles de la biologie du développement est la compréhension des mécanismes impliqués dans la mise en place de cette différenciation cellulaire. Le premier évènement correspond à la survenue d’une mitose asymétrique régénérant deux lignage cellulaire diffèrent ceci est la polarisation de l’ovocyte. Le deuxième évènement est expliqué par la désintégration cellulaire (inductions). Ces inductions peuvent être dues à des contacts intercellulaires permis grâce à des molécules d’adhérence cellulaire ou à des protéines secrétées qui peuvent être soit hydrophile ou hydrophobe.
  • 3. 2 II. INTRODUCTION a. Etymologie La cellule est l’unité de base de tous les organismes vivants. Le terme « cellule » nous vient du naturaliste anglais R.HOOKE (1635- 1703) à la suite d’observations réalisées à l’aide d’un des premiers microscopes. Examinant une très mince portion de liège, il y découvrit une multitude des petites cavités séparés par des fines cloisons sinueuses, il appela ces cavités « cellules » ce qui signifie « petite chambre ». Le rôle joué par la cellule dans l’organisme peut influencer sa forme. Ainsi les cellules épidermique sont large et plates, les cellules musculaire sont des fuseaux long et mince, les cellules nerveuses portent des longs prolongements ramifiés (axone) destinés à conduire le flux nerveux, les globules rouges du sang sont des petits disques concaves, etc. Selon le type de signal extérieur, la cellule va entrer en apoptose, se différencier ou continuer sa prolifération. 1 b. Définitions Plusieurs définitions de la différenciation cellulaire sont admises mais nous en avons retenus trois : 1 http://ead.univ-angers.fr
  • 4. 3  La différenciation cellulaire est l’acquisition par la cellule d’une fonction et d’une morphologie spécialisée et définitive.  La différenciation cellulaire est le processus par lequel une cellule acquiert les caractéristiques d’un type cellulaire sur le plan morphologique et fonctionnel.  La différenciation cellulaire est un mécanisme par lequel une cellule non spécialisée se spécialise en un des nombreux types cellulaires composant le corps. c. organismes concernés. Les organismes concernés par la différenciation cellulaire sont les eucaryotes multicellulaires par le fait que, chez eux, toutes les cellules ne sont pas identiques. Etant composés de plusieurs cellules, ils doivent présenter au niveau de celles-ci des différences importantes au niveau de leur morphologie et de leur fonction. Par exemple les cellules qui composent la peau chez l’homme sont différentes des cellules composant les organes interne. III. Différenciation cellulaire a. Mécanisme La cellule va tout d'abord recevoir un signal de maintien de l'état indifférencié et va donc continuer de proliférer en donnant des cellules identiques à elle-même, ce qui va permettre l'auto-renouvèlement du cycle dans lequel cette cellule réside. Elle va recevoir, à un moment donné, un premier signal de différenciation, qui va entrainer la mise en place de tout le programme de différenciation. Dans un premier temps, il n'y a aucune modification morphologique, ni
  • 5. 4 Fonctionnelle puis quelques modifications fonctionnelles bien qu'il n'y ait pas de modifications morphologique (= cellules déterminées). Enfin elle reçoit une série de deuxièmes signaux en acquérant une structure et une fonction différentes (= cellules différenciées). Pour se différencier, une cellule indifférenciée doit recevoir des informations lui permettant :  D’obtenir une identité tissulaire,  De proliférer et se déplacer,  De définir ses coordonnés spatiales. En outre, la différenciation peut entrainer des changements dans bon nombre d’aspects de la physiologie de la cellule : sa taille, sa forme, sa polarité, son activité métabolique, sa sensibilité à certains signaux et ses expressions de gènes peuvent toutes être modifiées durant la différenciation. b. facteurs de différenciation2 Cette spécialisation se fait au cours de l’embryogenèse et dépend des facteurs de transcription ou facteurs de différenciation. Les cellules vont être affectées des facteurs différents dépendant de leurs localisations. Mais à la base n’importe quelle cellule pourrait exprimer potentiellement n’importe quel gène mais chez les eucaryotes, les ARN polymérase nécessitent les facteurs de transcription entre autre pour pouvoir transcrire certains gènes. Et donc selon leurs localisations, elle recevra des facteurs différents. Ces facteurs permettront à l’ARN polymérase d’exprimer certaine gêne. La synthèse des protéines sera donc spécifique là aussi. Selon les fonctions de l’ensemble des protéines spécifique, la cellule trouvera une fonction particulière dans l’organisme. La structure et la fonction d’une cellule différenciée dépend : o De son passé (mémoire cellulaire) o De son environnement actuel La mémoire cellulaire est liée à l’environnement nucléaire : combinaison des facteurs régulateurs de la transcription présents dans la cellule, et des gènes plus ou moins actifs sur l’ADN acquises au cours de la différentiation cellulaire. L'organisme humain se compose de centaines de types cellulaires différents, tous dérivés du zygote. Le zygote est la cellule unique formée par la fusion d'un spermatozoïde et d’un ovocyte à la fécondation. Les premières divisions cellulaires zygotiques produisent des cellules appelées blastomères et, dans le cadre de la 2 Junqueira’s basic histology, text and atlas, p 18
  • 6. 5 masse cellulaire interne des embryons précoces, les blastomères donnent naissance à tous les types de tissus du fœtus. Explanté aux cellules de culture tissulaire de la masse appel interne sont appelées cellules souches embryonnaires. Au cours de leur processus de spécialisation, appelé différenciation cellulaire, les cellules synthétisent des quantités accrues de protéines spécifiques et deviennent très efficaces dans des fonctions spécialisées, souvent en modifiant leur forme en conséquence. Par exemple, les précurseurs de cellules musculaires s'allongent en cellules ressemblant à des fibres contenant de grandes quantités d'actine et de myosine. Toutes les cellules animales contiennent et utilisent l’actine et la myosine, mais les cellules musculaires sont spécifiées pour utiliser ces protéines pour convertir l'énergie chimique en contractions énergiques. Les principales fonctions cellulaires effectuées par des cellules spécialisées dans le corps sont énumérés dans le tableau qui suit (Janqueira’s basic histology, p 18). Il est important de comprendre que les fonctions énumérées ici peuvent être réalisées par la plupart des cellules du corps ; Les cellules spécialisées ont considérablement étendu leur capacité pour une ou plusieurs de ces fonctions au cours de la différenciation. Les changements dans les
  • 7. 6 microenvironnements des cellules dans des conditions normales et pathologiques peuvent entraîner des caractéristiques et des activités variables pour le même type de cellule. Les cellules qui semblent similaires sur le plan structurel ont souvent des familles de récepteurs différentes pour les molécules de signalisation telles que les hormones et les composants de la matrice extracellulaire (MEC), ce qui les donne des comportements différent. Par exemple, en raison de leurs divers réseaux de récepteurs, les fibroblastes du sein et les cellules musculaires lisses de l'utérus sont exceptionnellement sensibles aux hormones sexuelles femelles tandis que la plupart d’autres fibroblastes et cellules musculaires lisses sont insensibles. Un point sur la notion de lignage : * Notion de niche : la niche est un site spécifique dans un tissu ou résident les cellules souches. Elle comporte aussi des cellules mésenchymateuses. * Notion de lignage cellulaire : c’est un groupe des cellules dérivant d’une même cellule souche avec un devenir restreint à un type de différenciation. Exemple d’une cellule mésodermique: C. Embryogenèse C’est le processus du développement d’un zygote (stade unicellulaire) à la larve adulte (stade pluricellulaire à l’issue duquel il y a éclosion ou parturition). Elle se déroule en quatre étapes successives communes à tous les animaux : la segmentation, la gastrulation, l’organogenèse et l’histogenèse. 1. La segmentation
  • 8. 7 C’est un processus qui transforme l’œuf fécondé (zygote) en une masse des cellules embryonnaires : la morula qui se creuse ultérieurement d’une cavité appelée blastocœle dont l’embryon creux est la blastula. 2. La gastrulation Elle consiste à la mise en place des feuillets ou couches embryonnaires à partir desquels s’effectueront la différenciation et l’individualisation des différents organes. La gastrulation aboutit à la mise en place des trois feuillets fondamentaux :  Feuillet externe ou ectoderme  Feuillet moyen ou mésoderme  Feuillet profond ou endoderme Ectoderme :  Epithélium de revêtement  Système nerveux Mésoderme :  Muscle  Sang  Rein  Os  Gonades Endoderme (organes internes) :  Poumon  Tractus gastro intestinale 3. Organogenèse Durant l’organogenèse les feuillets embryonnaires se morcellent en territoires plus restreints, les ébauches des futurs organes. Chez les vertébrés, les premières ébauches d’organes qui se différencient sont des ébauches neurales : cette étape est dite « la neurulation » et l’embryon qui en est le siège de la neurula. 4. Histogenèse Dans l’histogenèse, il y a transformation des ébauches embryonnaires en tissus ayant des structures et des fonctions spécifiques. C’est la dernière étape mais aussi la plus longue.
  • 9. 8 IV. Importance de la différenciation cellulaire Une cellule capable de se différencier :  En plusieurs types cellulaires est dite pluripotente ou multipotente. Ces cellules sont appelées cellules souches chez les animaux, et cellules meristematique chez les plantes supérieurs.  En tous les types cellulaires d’un organisme, est dite totipotente. Chez les mammifères, seul le zygote et les jeunes cellules embryonnaires sont totipotente ; tandis que chez les plantes beaucoup des cellules différenciées peuvent devenir totipotentes. Le rôle le plus marquant de la différenciation cellulaire est donc la constitution de l’organisme donc de l’individu. Cela est visible à partir de l’embryogénèse : l’homme est, au tout début, une cellule unique. C’ est grâce au processus de différenciation que l’on arrive aux cellules de tous les autres tissus et organes qui entrent dans la composition et le bon déroulement des activités métaboliques du corps De plus, la différenciation des cellules souches permet à l’individu de renouveler ses cellules ; c’est le cas des cellules de l’épiderme qui se renouvellent en permanence Un rôle secondaire de la différenciation est l’acquisition par la cellule d’une nouvelle structure morphologique. On peut ajouter aussi qu’elle permet de diminuer la dépense d’énergie pour le maintien de la vie V. complément a) Cellules souches et lignage cellulaire -Certaines cellules persistent pendant toute la vie de l’individu, sans renouvellement. -D’autres sont remplacées. Ce remplacement peut se faire par les cellules souches (cellules indifférenciées qui reproduisent à l’état identique la cellule souhaitée, sans modification du phénotype) b) détermination et différenciation La cellule déterminée est engagée dans une voie de différenciation. Cependant il n’y a pas encore de modification structurale ou fonctionnelle visible. Mais elle possède une capacité de développement plus limitée et elle engage sa descendance dans une voie de développement spécialisée.
  • 10. 9 La cellule différenciée possède une fonction et une morphologie spécialisées et définitives. Sa différenciation est induite par des signaux extérieurs et par un programme d’expression séquentielle et coordonnée des gènes. Plus la cellule se différencie, plus la quantité des gènes exprimés sont restreinte. c) Comportements cellulaires - Cellules qui ne se renouvellent pas. Prenons l’exemple des cellules nerveuses (bien que des recherches scientifiques récentes approfondies ont prouvé le contraire : il existerait dans le cerveau adulte une population de cellules souches capable de se différencier en neurones et en cellules gliales) - Cellules qui se renouvellent : o Par mitose : hépatocytes (dans le foie), cellules endothéliales o Par cellules souches :  Locales dans le tissu : cellules épithéliales (peau, épithélium digestif) et cellules musculaires  A distance : cellule souche multipotente de la moelle osseuse d) Dédifférenciation On remarquera donc qu’au fur et à mesure que les cellules se différencient, le nombre de types cellulaires qu’elles peuvent produire diminue, d’ où le nom de « spécialisation ». Cependant il existe, dans une certaine mesure, des phénomènes de dédifférenciation par lesquels des cellules relativement spécialisées peuvent redevenir moins spécialisées. Chez les animaux ce phénomène est rare à l’état naturel, mais on peut donner l’exemple de la queue du triton : après avoir été coupée, ses cellules se dédifférencient de manière à pouvoir reformer tous les tissus de la queue. VI. Application médicale (pathologie) En cytopathologie, le niveau de différenciation cellulaire est utilisé comme mesure de la progression d’un cancer. » Dans certaines circonstances pathologiques, les cellules peuvent changer de différenciation : il s’agit de la métaplasie. Par exemple, sous l’influence des fumées inhalées du tabac, les cellules respiratoires ciliées de la muqueuse bronchique peuvent se transformer en cellules malpighiennes. » Il peut survenir des malformations dues à l’anomalie de différenciation cellulaire : - des enfants qui naissent avec les mains palmées
  • 11. 10 - le cas des enfants siamois En immunohistochimie, il est possible d’étudier des protéines spécifiques d’un type histologique donné appelé « marqueur de différenciation »
  • 12. 11 VII. Conclusion Le développement commence lorsqu’ un spermatozoïde féconde un ovule : cette union crée une seule cellule qui peut potentiellement former un organisme entier ; et ceci par la différenciation cellulaire qui en est le processus moteur et le phénomène-clé. En étudiant profondément notre cours de biologie, on se rendra compte que l’être humain est cellule. Nous, après ce travail, ajouterions à ce postulat que c’est la différenciation cellulaire qui rend la cellule être humain.
  • 13. 12 VIII. Références 1. ANTHONY L. Mescher, Junqueira’s basic histology, text and atlas, 13th edition, p 18 2. http://ead.univ-angers.fr