Différenciation des Chondrocytes Chondrogenèse

Chondrogenèse et Ostéogenèse Quoi ? Où ? Quand ? 1ère étape : différenciation des chondrocytes (Collagène type IIb, IX et XI)

phosphatase alcaline) Chondrogenèse et Ostéogenèse 2ème étape : hypertrophie et ossification endochondrale : (Collagène type IIb, IX et XI) (Collagène type X phosphatase alcaline)

Chondrogenèse et Ostéogenèse

Chondrogenèse et Ostéogenèse 2ème étape : hypertrophie et ossification endochondrale : chondrocytes hypertrophiés libération de VEGF vascularisation du cartilage angiogenèse apoptose matrice (Collagène type X ...etc) Ossification (Collagène type I) ostéoblastes

Différenciation des Chondrocytes Comment ?

Différenciation des Chondrocytes Comment ? Importance des interactions cellule-cellule (phase de « condensation ») Forte expression de la N-cadhérine dans les membres en développement Anticorps neutralisant la N-cadhérine  pas d’agrégation des cellules du mésenchyme  inhibition de la chondrogenèse L’expression de N-cadhérine est stimulée par Rac1 Souris « N-cadhérine -/- » : pas d’anomalie de formation du squelette ! (...phénomène de « compensation » ?)

Différenciation des Chondrocytes Comment ? Importance des interactions cellule-cellule (phase de « condensation ») Forte expression de N-CAM pendant la phase de « condensation »  stabilisation des agrégats cellulaires  effet direct sur la différenciation des chondrocytes ??

Différenciation des Chondrocytes Comment ? Importance des interactions cellule-matrice (phase de différenciation) Expression d’intégrines dans les chondrocytes : - 51, n3 et n5 (récepteurs de la fibronectine) - 61 (récepteur de la laminine) - 11, 21 et 101 (récepteurs du collagène)

Différenciation des Chondrocytes Comment ? Importance des interactions cellule-matrice (phase de différenciation) Expression d’intégrines dans les chondrocytes : - 51, n3 et n5 (récepteurs de la fibronectine) - 61 (récepteur de la laminine) - 11, 21 et 101 (récepteurs du collagène)

Différenciation des Chondrocytes Comment ? Importance des interactions cellule-matrice (phase de différenciation) Souris « 1 -/- (délétion ciblée, seulement dans les chondrocytes) : coloration des os (rouge) et des cartilages (bleu) : le squelette des souris mutantes est apparemment normal, mais les os des membres antérieurs (h=humérus ; r=radius ; u=ulna) sont en fait plus courts et plus larges.

Différenciation des Chondrocytes Comment ? Importance des interactions cellule-matrice (phase de différenciation) Souris « 1 -/- » (délétion ciblée, seulement dans les chondrocytes) : analyse aux rayons X : chez des souris de 9 semaines  réduction de la taille  lordose

Différenciation des Chondrocytes Comment ? Importance des interactions cellule-matrice (phase de différenciation) wild-type mutant réduction de la métaphyse de l’humérus colonnes de prolifération désorganisées chondrocytes de formes anormales et ne liant pas le collagène

Différenciation des Chondrocytes Comment ? Importance des interactions cellule-matrice (phase de différenciation) Souris « 10 -/- » (récepteur collagène) :  retard de croissance  chondrocytes de morphologie anormale et apoptotiques

Différenciation des Chondrocytes Comment ? Importance des interactions cellule-matrice (phase de différenciation) CD44 (récepteur de l’acide hyaluronique) Est fortement exprimé pendant la chondrogenèse Il contribue à la mise en place de la matrice périchondrocytaire Son absence compromet la survie des chondrocytes

Remodelage du cytosquelette et différenciation des chondrocytes Comment ? Remodelage du cytosquelette et différenciation des chondrocytes

Remodelage du cytosquelette et différenciation des chondrocytes Comment ? Remodelage du cytosquelette et différenciation des chondrocytes Chondrocytes isolés en culture :  les cellules se dédifférencient : -perdent leur forme arrondie -s’aplatissent , s’étalent -cessent de produire du Collagène type II Traitement à la cytochalasine D (inhibe la polymérisation de l’actine) :  Les chondrocytes dédifférenciés reprennent leur forme arrondie et recommencent à produire du Collagène type II L’inhibion de la voie « RhoA/ROCK » a le même effet que le traitement à la cytochalasine D

Remodelage du cytosquelette et différenciation des chondrocytes Comment ? Remodelage du cytosquelette et différenciation des chondrocytes Filamines Mutations des gènes de filamines A et B (Homme)  anomalies du squelette RhoA Inhibe la chondrogenèse (inhibition de l’expression de Sox9) - Les chondrocytes du cartilage articulaire (non hypertrophiques) se dédifférencient lorsqu’ils sont isolés en culture, sauf si la voie RhoA/ROCK est inhibée Inhibe la différenciation hypertrophique Stimule la prolifération (via l’expression de cycline D1) Rac1 et Cdc42 Stimulent chondrogenèse (expression de N-cadhérine et des gènes Sox) Favorisent la différenciation hypertrophique Inhibent la prolifération des chondroblastes Inactivation du gène Rac1 :  réduction de la plaque de croissance, réduction de la taille des os dysfonctionnement de l’interaction des chondrocytes avec la matrice

Signaux diffusibles impliqués dans la différenciation des chondrocytes Comment ? Signaux diffusibles impliqués dans la différenciation des chondrocytes

Signaux diffusibles impliqués dans la différenciation des chondrocytes Comment ? Signaux diffusibles impliqués dans la différenciation des chondrocytes BMP « Bone Morphogenetic Proteins » (superfamille du TGF BMP6 exprimées dans les chondrocytes préhypertrophiques et hypertrophiques BMP2, 4, 5 et 7 : exprimées dans le périchondrium péri-articulaire participent à la différenciation du cartilage et des os PTHrP « parathyroid hormone related peptide » produit et libéré par les cellules du périchondrium péri-articulaire favorise la prolifération et inhibe la différenciation hypertrophique diminue l’expression de Ihh Ihh « indian hedgehog » exprimé dans les chondrocytes préhypertrophiques mais pas dans les chondrocytes hypertrophiques induit l’expression de PTHrP (favorise ainsi indirectement la prolifération)

Signaux diffusibles impliqués dans la différenciation des chondrocytes Comment ? Signaux diffusibles impliqués dans la différenciation des chondrocytes FGFs Inhibe la prolifération des chondrocytes  Production de souris présentant des mutations du récepteur FGF-R3 Vitesse de croissance de la queue : souris FGF-R3 -/- souris FGF-R3 +/- ou sauvages

Signaux diffusibles impliqués dans la différenciation des chondrocytes Comment ? Signaux diffusibles impliqués dans la différenciation des chondrocytes FGFs Inhibe la prolifération des chondrocytes  Production de souris présentant des mutations du récepteur FGF-R3 FGF-R3 -/- FGF-R3 +/-

Différenciation des Chondrocytes Comment ? Facteurs Transcriptionnels impliqués dans la différenciation des chondrocytes

Différenciation des Chondrocytes Comment ? Facteurs Transcriptionnels impliqués dans la différenciation des chondrocytes Sox9 « Sry-type, high-mobility group (HMG)-box containing factor » Joue un rôle clé dans la différenciation chondrocytaire  stimule la différenciation des chondrocytes  inhibe la différenciation hypertrophique Il est exprimé dans tous les précurseurs de chondrocytes Le début de son expression coincide avec celui de l’expression de Collagène type II in vitro: Il peut activer directement les promoteurs des gènes de Collagène type II et de type XI PTHrP augmente l’activité de Sox9 en induisant sa phosphorylation

Différenciation des Chondrocytes Comment ? Facteurs Transcriptionnels impliqués dans la différenciation des chondrocytes Sox9 Les souris Sox9 +/- meurent peu de temps après la naissance (étouffement, accumulation d’air dans l’estomac et les intestins) et présentent de nombreuses anomalies du squelette (réduction de la mâchoire inférieure, torsion de la queue, hypoplasie, courbures des os longs ...) wt +/- Malformation du sternum wt +/- wt +/- Courbure du radius (R) et de l’ulna (U) Absence tubérosité deltoïde (Dt) coloration des os (rouge) et des cartilages (bleu)

Différenciation des Chondrocytes Comment ? Facteurs Transcriptionnels impliqués dans la différenciation des chondrocytes Runx2 (Cbaf1) Induit la différenciation hypertrophique Il est exprimé dans les cellules du mésenchyme, pendant la phase de condensation Il est aussi exprimé dans les chondrocytes et les ostéoblastes Il est capable d’induire une hypertrophie prématurée des chondrocytes Il est nécessaire pour l’induction de la synthèse de VEGF par les chondrocytes hypertrophiques  c’est un régulateur majeur de la maturation des chondrocytes, de l’angiogenèse et de la différenciation des ostéoblastes

Différenciation des Chondrocytes Comment ? Facteurs Transcriptionnels impliqués dans la différenciation des chondrocytes Runx2 (Cbaf1) Souris Cbfa1 -/- : sont de petite taille, totalement dépourvues de squelette osseux et meurent généralement par asphyxie après le 18ème jour de vie embryonnaire coloration des os (rouge) et des cartilages (bleu)