"l'Heparin affin regulatory peptide" sur les cellule

212 Pages·2012·19.18 MB·French

by  Thibault Bouderlique

UNIVERSITE PARIS-EST CRETEIL

THESE

Présentée pour obtenir le grade de

DOCTEUR DE L’UNIVERSITE PARIS-EST

Discipline : Sciences de la Vie et de la Santé

Spécialité : Aspects cellulaires et moléculaires de la biologie

par

Thibault BOUDERLIQUE

Etude des propriétés ostéoinductrices et chondroinductrices de
"l'Heparin affin regulatory peptide" sur les cellules stromales
mésenchymateuses humaines, application en régénération osseuse

Directeurs de thèse : Dr Patricia ALBANESE-UZAN et Dr Nathalie CHEVALLIER

Soutenue publiquement le 30 novembre 2012 devant le jury composé de :

Pr Xavier CHEVALIER, APHP, Hôpital Henri MONDOR Président
Pr Marc VIGNY, Université Pierre et Marie CURIE Rapporteur
Pr Fani ANAGNOSTOU, UFR d'Odontologie Université Denis-Diderot Paris 7 Rapporteur
Pr Jean-Jacques LATAILLADE, Centre de Transfusion Sanguine des Armées Examinateur
Dr Nathalie CHEVALLIER, EFS Ile de France Co-directeur de thèse
Dr Patricia ALBANESE-UZAN, Université Paris-Est Créteil Directeur de thèse

EAC CNRS 7149 et EA3952

SOMMAIRE
INDEX ...................................................................................................................................1
CONTEXTE SCIENTIFIQUE ................................................................................................8
SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE ..................................................................................... 11
. CHAPITRE 1 : Heparin Affin Regulatory Peptide : structure, fonctions générales et
rôles spécifiques dans la biologie du système ostéoarticulaire et des cellules souches
tissulaires adultes ........................................................................................................ 12
1 Structure, expression et transduction ...................................................................... 12
1.1 Structure du gène et régulation de son expression ............................................ 12
1.2 Structure protéique de HARP .......................................................................... 14
2 Récepteurs de HARP ............................................................................................. 16
2.1 ALK ................................................................................................................ 16
2.2 RPTPζ ............................................................................................................. 19
2.3 SDC3 .............................................................................................................. 21
2.4 Nucléoline ....................................................................................................... 23
3 Fonctions pléiotrophes de HARP ........................................................................... 24
3.1 HARP et développement vasculaire ................................................................. 24
3.2 HARP et cancer ............................................................................................... 25
3.3 HARP et inflammation .................................................................................... 25
3.4 HARP et développement cérébral .................................................................... 26
3.5 Autres fonctions de HARP .............................................................................. 26
4 HARP et le tissu cartilagineux ............................................................................... 27
4.1 Le tissu cartilagineux ....................................................................................... 27
4.2 HARP et physiologie du tissu cartilagineux ..................................................... 28
4.2.1 HARP et cartilage articulaire ...................................................................... 28
4.2.2 HARP, le cartilage de conjugaison et la croissance endochondrale .............. 29
4.3 HARP et pathologies du tissu cartilagineux ..................................................... 31
5 HARP et le tissu osseux ......................................................................................... 32
5.1 Le tissu osseux ................................................................................................ 32
5.1.1 Le remodelage osseux ................................................................................ 33
5.1.2 La régénération osseuse .............................................................................. 34
5.2 HARP et la physiologie du tissu osseux ........................................................... 36
5.3 HARP dans les pathologies du tissu osseux...................................................... 37
6 HARP et cellules souches ...................................................................................... 39
. CHAPITRE 2 : Bio ingénierie tissulaire et cellulaire dans l’os : la triade
support/cellules/molécules bioactives .......................................................................... 41
1 La bioingénierie ..................................................................................................... 41
2 Les biomatériaux pour le tissu osseux .................................................................... 42
2.1 Les substituts naturels ...................................................................................... 43
2.2 Les céramiques ................................................................................................ 43
2.2.1 Les céramiques bio actives ......................................................................... 44
2.2.2 Les céramiques bio inertes.......................................................................... 44
2.2.3 Les céramiques bio absorbables .................................................................. 45
2.3 Les polymères ................................................................................................. 45
3 La composante cellulaire de la bio ingénierie ......................................................... 46
3.1 Les cellules stromales mésenchymateuses ........................................................ 46
3.1.1 Origine et purification ................................................................................ 46
3.1.2 Caractéristiques phénotypiques................................................................... 47
3.1.3 Fonctions physiologiques et pathologiques ................................................. 50
4 Molécules bio actives et bio ingénierie ................................................................... 52
4.1 Les facteurs de croissances .............................................................................. 52
4.1.1 Facteurs de croissance ostéoinducteur......................................................... 52
4.1.2 Facteurs de croissance angiogéniques ......................................................... 54
4.2 Les glycosaminoglycannes .............................................................................. 55
4.2.1 Structure et fonctions ................................................................................. 55
4.2.2 Glycosaminoglycannes et HARP ................................................................ 57
4.2.3 Les protéoglycannes ................................................................................... 58
4.2.4 Les mimétiques des GAG ........................................................................... 61
RESULTATS ET DISCUSSIONS ........................................................................................ 63
. CHAPITRE 1 Effets de HARP sur les voies de différenciations chondroblastiques et
ostéoblastiques des CSM humaines ............................................................................. 65
1 Introduction ........................................................................................................... 65
2 Article ................................................................................................................... 67
3 Résultats complémentaires ..................................................................................... 85
3.1 Introduction ..................................................................................................... 85
3.2 Résultats.......................................................................................................... 86
3.2.1 Effets de HARP sur l’expression des marqueurs de différenciation et des
récepteurs de HARP par les CSMh en culture 2D non différenciées. ...................... 86
3.2.2 Effets de HARP sur l’expression des marqueurs de différenciation et des
récepteurs de HARP par les CSMh en culture 3D non différenciées. ...................... 88
4 Discussion ............................................................................................................. 90
4.1 HARP et la chondrogénèse des CSMh ............................................................. 90
4.2 La réponse à HARP en fonction de l’organisation cellulaire ............................. 91
4.3 Les récepteurs de HARP et la différenciation ................................................... 91
. CHAPITRE 2 Potentialisation des propriétés des CSM humaines par HARP associé à
un substitut osseux. Application dans un modèle d’ostéoformation ectopique murin et
de régénération osseuse chez le rat .............................................................................. 95
1 Introduction ........................................................................................................... 95
2 Résultats ................................................................................................................ 97
2.1 Article ............................................................................................................. 97
. CHAPITRE 3 : Modulation de l’expression des protéoglycannes durant les
différenciations des CSM humaines .......................................................................... 120
1 Introduction ......................................................................................................... 120
2 Résultats .............................................................................................................. 121
2.1 Protéoglycannes membranaires ...................................................................... 121
2.1.1 Famille des syndécans .............................................................................. 121
2.1.2 Famille des glypicans ............................................................................... 122
2.2 Protéoglycannes matriciels ............................................................................ 123
2.2.1 La famille des “Small leucin repeats proteoglycan” .................................. 123
2.2.2 Agrin, Perlecanne et Versicanne ............................................................... 125
3 Discussion ........................................................................................................... 126
3.1 Les protéoglycannes et la niche hématopoïétique ........................................... 126
3.2 Les protéoglycannes et la régénération osseuse .............................................. 127
. CHAPITRE 4 : Potentialisation des propriétés des CSM de rat par les mimétiques des
GAG. Application dans un modèle murin d’ostéoformation ectopique, associant
biomatériaux, mimétiques et CSM humaines ............................................................. 130
1 Introduction ......................................................................................................... 130
2 Article 4 .............................................................................................................. 133
3 Article 5 .............................................................................................................. 146
4 Discussion ........................................................................................................... 182
Perspectives........................................................................................................................ 183
1 HARP, le développement et la réparation osseuse ................................................ 184
1.1 Développement osseux .................................................................................. 184
1.2 Fractures et thérapies ostéoréparatrices .......................................................... 185
2 HARP et l’arthrose .............................................................................................. 185
Bibliographie ...................................................................................................................... 188
INDEX

1
INDEX DES ABREVIATIONS

2D: 2 dimensions, culture sur plastique
3D: 3 dimensions culture en culot cellulaire
ACAN: Aggrécanne
AH: Acide hyaluronique
ALK: Anaplastic lymphoma kinase
ALP: Phosphatase alcaline
Ang1: Angiopoiteine 1
BGC: Biglycan
BMP: Bone morphogenetic protein
CD: Cluster of differentiation
CFU-F: Colony forming unit fibroblast
COMP: Cartilage oligomeric matrix protein
CS: Chondroïtines sulfate
CSH: Cellule souche hématopoïétique
CSM: Cellule stromale mésenchymateuse
DCN: Decorine
DS: Dermatane sulfate
FABP4: Fatty acid binding protein 4
FAK: Focal adhesion kinase
FGF: Fibroblast growth factor
GAG: Glycosaminoglycanne
GPC: Glypican
GSK3β: Glycogen synthase kinase 3β
HA: Hydroxyapatite
HARP: Heparin affin regulatory peptide
HBGF: Heparin binding growth factor
HBNF: Heparin binding neurotrophic factor
hESC: Human embryonnic stem cell
HS: Héparane sulfate
HUVEC: Human umbilical vein endothelial cell
IBMX: 3-isobutyl-1-méthylxanthine
IL: Interleukine
KDR: kinase insert domain receptor
2
KO: Knock out
KS: Keratane sulfate
LP: Lysat plaquettaire
LTC-IC: Long-term culture initiating cell
LUM: Lumican
MAGI: Membrane associated guanylate kinase, WW and PDZ containing domain
MAPK: Microtubule associated protein kinase
M-CSF: Macrophage colony stimulating factor
MEC : Matrice extracellulaire
MEF: fibroblastes embryonnaires murins
MK: Midkine
MMP: Matrix metalloprotease
CSM: Cellule stromale mésenchymateuse
NPM-ALK: protein de fusion nucleophosmine-ALK
OC: Ostéocalcine
ON: Ostéonectine
OP: Ostéopontine
ORF: Open Reading Frame
OSF-1: Osteoblast stimulating factor 1
PDGF: Platelet derived growth factor
PEC: Progéniteur endothelial circulant
PG: Protéoglycanne
PGA: Poly-glycolic acid
PI3k: Phosphoinositide 3-kinase
PLA: Poly-lactic acid
PLCγ: Phospholipase C γ
PMMA: Polymethyl metacrylate
PPARγ: Peroxisome proliferator-activated receptor γ
PRCAN: Perlecan
PTN: Pleiotrophin
PTEN: phosphatase and tensin homolog
RGTA: Regenerating agent
RPTPz: Receptor protein tyrosin phosphatase ζ
RT-PCR: Reverse transcription polymerase chain reaction
RUNX2: Runt-related transcription factor 2
SDC: Syndécan
SLRP: Small leucin repeat proteoglycan
3
Sox: SRY-box containing genes
SRE: serum responsive element
SSEA: Stage specific embryonic antigen
SVF: Sérum de veau fœtal
TCP100: Tricalcium phosphate 100%
TCP35: Tricalcium phosphate 35%, hydroxyapatite 65%
TGF-β: Transforming growth factor β
TRAP: Tartrate resistant acid phosphatase
TSR: Thrombospondin repeat
VCAN: Versican
VEGF: Vascular endothelial growth factor

4
INDEX DES ILLUSTRATIONS

Figure 1 Représentation de la séquence promotrice de HARP (Papadimitriou et al., 2009)................. 13
Figure 2 Représentation de la structure secondaire de HARP ............................................................. 15
Figure 3 Structure de ALK (Espinos, 2005) ....................................................................................... 17
Figure 4 Voies de signalisation intracellulaires activées par ALK ...................................................... 18
Figure 5 Représentation schématique de l’organisation en domaine des quatre isoformes de RPTPζ
(Garwood et al., 2003). ..................................................................................................................... 19
Figure 6 Voies de signalisation intracellulaires activées par RPTPζ ................................................... 21
Figure 7 Représentation schématique de l’organisation en domaine des syndécans (D’après (Multhaupt
et al., 2009)). .................................................................................................................................... 22
Figure 8 Voies de signalisation intracellulaires activées par le SDC3 ................................................. 23
Figure 9 Voies de signalisation intracellulaires activées par la nucléoline .......................................... 24
Figure 10 Morphologie du cartilage articulaire (D’après (Ge et al., 2006))......................................... 28
Figure 11 La croissance endochondrale dans les os longs (D’après (Adams, Cohen, and Lassova,
2007; Ulici et al., 2008)) ................................................................................................................... 30
Figure 12 Structure de l’os (coupe de fémur de rat coloré au trichrome de Masson, x4). .................... 33
Figure 13 Le remodelage osseux (D’après (Marie, 2001)) ................................................................. 34
Figure 14 Schéma du modèle de la régénération osseuse et ses participants cellulaires (D’après
(Schindeler et al., 2008)) ................................................................................................................... 35
Figure 15 Principe de la bioingénierie, la triade support/cellules/matrice ........................................... 41
Figure 16 Schéma de la tripotentialité des CSM ................................................................................ 49
Figure 17 Modèle de la régulation de la niche des CSH par les CSM (D’après (Wagner, Saffrich, and
Ho, 2008)) ........................................................................................................................................ 51
Figure 18 Schéma de la structure de la décorine, du biglycanne, de la fibromoduline et du
lumican.(D’après (Kalamajski and Oldberg, 2010)) ........................................................................... 59
Figure 19 Schéma de la structure de l’aggrécanne (D’après (Esko, 2009))) ........................................ 59
5