Les Tissus squelettiques Deuxième partie: le tissu osseux Jean Pierre Siffroi Service d’Histologie, Biologie de la Reproduction et Cytogénétique Hôpital Tenon jean-pierre.siffroi@tnn.aphp.fr

3) Tissu osseux - Introduction - Types cellulaires du tissu osseux . cellules ostéoformatrices . ostéoclastes - MEC calcifiée - Organisation du tissu osseux . os non lamellaire . os lamellaire: spongieux, compact - Mécanismes d’ossification . ossification primaire . ossification secondaire - Remodelage osseux - Capital osseux - Fractures

Le tissu osseux Variété de tissu conjonctif dont la MEC est calcifiée Caractère rigide et imperméable

Le tissu osseux est la seule partie du corps humain qui persiste après la mort Malgré son aspect minéral, le tissu osseux est très vivant et en perpétuels remaniements tout au long de la vie. Fonction mécanique Soutien Protection - Fonctions métaboliques (métabolisme phospho-calcique) - Fonction hématopoïétique

In vivo, le tissu osseux peut être analysé par différentes méthodes Radiographie aux rayons X Scintigraphie Scanner avec reconstruction 3D

Types cellulaires du tissu osseux Actions antagonistes et origines différentes Formation du tissu osseux Ostéoblastes et ostéocytes Cellules bordantes Origine mésenchymateuse Destruction du tissu osseux Ostéoclastes Origine hématopoïétique (lignée sanguine monocytaire)

Cellules ostéoformatrices Des cellules souches à potentialité ostéoformatrice existent chez l’adulte au niveau de la moelle osseuse et sont à l’origine d’un lignage de cellules impliquées dans la formation du tissu osseux Cellules bordantes (au repos) Os Ostéoblastes (MEC osseuse) Activation TC Ostéocytes (entièrement inclus dans le tissu osseux)

cellules cubiques tapissant la surface Les ostéoblastes: cellules cubiques tapissant la surface des pièces osseuses en cours de formation Noyau ovalaire situé au pôle opposé à celui où est élaborée la MEC de type osseux Cytoplasme basophile riche en organites impliqués dans la synthèse protéique Nombreux prolongements cytoplasmiques s’enfonçant dans la MEC (phosphatase alcaline ++)

Les ostéoblastes communiquent entre eux et avec les ostéocytes par des jonctions communicantes (Gap) Ils synthétisent une MEC riche en fibres de collagène de type I qui ne se minéralise qu’à distance de la cellule (bordure ostéoïde)

Devenir des ostéoblastes: cellules bordantes de nouveau Mort par apoptose s’enfoncent progressivement dans la MEC minéralisée pour donner des ostéocytes Cellules enfermées dans des petites logettes ou ostéoplastes, reliées entre elles par de fins canalicules: communication par des jonctions « gap »

- sont des ostéoblastes totalement différenciés Les ostéocytes - sont des ostéoblastes totalement différenciés - ont une activité réduite (échanges par les canalicules seulement) - sont incapables de se diviser Doivent être renouvelés régulièrement ce qui impose la destruction du tissu osseux qui les entoure Nécessité pour l’organisme de disposer de cellules capable de résorber l’os: les ostéoclastes

Seules cellules capables de résorber une MEC minéralisée Les ostéoclastes Seules cellules capables de résorber une MEC minéralisée Volumineuses cellules de 5Oµm à 100 µm de diamètre multinucléées (30 à 50 noyaux par cellule) Cellules d’origine hématopoïétique: origine commune avec les cellules de la lignée monocytes/macrophages

RANK: Receptor Activator of M-CSF (Monocytes-Colony Stimulating Factor) RANK: Receptor Activator of Nuclear Kappa B) RANKL c-fos Fusion des précurseurs ostéoclastiques NFκB Différenciation vers la lignée des ostéoclastes RANK Prolifération et survie de la lignée monocytaire

Liaison avec le cytosquelette: Les ostéoclastes se fixent sur la matrice osseuse comme des ventouses grâce à des intégrines spécifiques reconnaissant le motif Arginine-Glycine-Aspartate (RGD) Liaison avec le cytosquelette: vinculine, taline actine Anneau périphérique de scellage et création d’une chambre étanche (lacune de Howship) dans laquelle l’ostéoclaste émet de très nombreuses microvillosités (bordure en brosse) αVβ3 Vitronectine α2β1 Collagène I, Ostéopontine, Sialoprotéine osseuse

Une fois fixés, les ostéoclastes vont résorber l’os à l’intérieur des lacunes de Howship

Résorption de la matrice osseuse Libération d’enzymes lytiques: collagénases, métalloprotéinases, phosphatase acide, cathepsine Acidification de la lacune de Howship: pompe à protons

Après avoir creusé une lacune de 40µm de profondeur, les ostéoclastes de déplacent pour une nouvelle phase d’adhésion-résorption-migration ou meurent par apoptose 40µm

Collaboration étroite entre les ostéoclastes et les ostéoblastes (cf remodelage du tissu osseux)

Matrice extracellulaire calcifiée L’os est le tissu le moins hydraté de l’organisme mais la MEC osseuse renferme quand même 50% d’eau Les ostéoblastes synthétisent la MEC qui ne se minéralise qu’à distance de la cellule (bordure ou tissu ostéoïde) Phase organique (30%) minérale (70%)

Phase organique Collagène I ++ Ostéonectine Ostéopontine Ostéocalcine Protéoglycanes en faible quantité Ostéonectine (liaison ++ avec le collagène et la phase minérale) Croissance des cristaux Ostéopontine (liaison cellules osseuses- phase minérale, fixation des ostéoclastes) Ostéocalcine Protéine non collagénique la plus importante (liaison avec la phase minérale) Marqueur de l’ostéoformation Stimulation des ostéoclastes Thrombospondine (liaison cellules osseuse- MEC via les intégrines) Sialoprotéines

Cristaux d’hydroxy-apatite = phosphate de calcium cristallisé Phase minérale Cristaux d’hydroxy-apatite = phosphate de calcium cristallisé 3 nm 30 nm 50 nm Surface fortement ionisée et liée à l’eau de la MEC = couche hydratée ionisée mobilisation rapide des ions calcium et phosphate Rôle ++ dans l’équilibre phosphocalcique

négatives des protéoglycanes Phosphates de calcium en saturation: Sang G6P Ca++ Fixation du Ca++ sur les charges négatives des protéoglycanes Phosphatase alcaline Concentration des phosphates Phosphates de calcium en saturation: cristallisation

Organisation du tissu osseux Le squelette est composé de trois variétés d’os reliés par des articulation (fixées ou mobiles) Os courts: os du carpe, phalanges, … Os plats: sternum, bassin, crâne, … Os longs: tibias, fémurs, humérus, …

En dehors des zones au contact du cartilage articulaire et de l’insertion des ligaments, le tissu osseux est recouvert par une gaine conjonctive: le périoste Os Périoste

Celui-ci est constitué de 2 couches: - une couche interne, ou cellulaire, où des cellules peuvent se transformer en ostéoblastes - une couche externe fibreuse faite de tissu conjonctif dense. Les fibres de collagène forment des faisceaux arciformes qui traversent la couche interne et vont s’ancrer dans le tissu osseux sous-jacent: les fibres de Sharpey

Les os longs possèdent une cavité centrale ou cavité médullaire Cavité medullaire Périoste Cartilage articulaire Endoste Corticale Les os longs possèdent une cavité centrale ou cavité médullaire qui est bordée par une fine couche de tissu conjonctif ou endoste contenant également des cellules ostéoprogénitrices (capables de se transformer en ostéoblastes) Périoste Endoste Corticale