service d’hématologie biologique
TRANSCRIPT
Hématopoïèse
Pr Lydie Da Costa
Service d’Hématologie Biologique
Hôpital Robert Debré
Plan
• Introduction : lien entre les cellules du sang et la moelle
• Ontogenèse
• Les différents compartiments médullaires
• Détails lignée par lignée des différentes cellules hématopoïétiques
• Régulation de l’hématopoïèse
• Exploration de l’hématopoïèse (ex de moelle normale et pathologique)
Introduction
Lien entre les cellules du sang et la moelle osseuse
https://www.youtube.com/watch?v=sePspIxbvuQ
Les cellules du sang
Erythrocytes
Plaquettes
Monocytes
neutrophile
Polynucléaires éosinophile
basophile
Cellule T
Cellule B
Natural Killer
Lymphocytes Immunité cellulaire
Immunité humorale
Défense de l ’organisme, surveillance immunitaire (précurseur des macrophages)
Défense de l’organisme (bactéries)
Défense de l’organisme (Parasites, Allergies)
Inflammation et allergie
Coagulation
Véhiculent l’oxygène
Les cellules du sang
Erythrocytes
Plaquettes
Monocyte
neutrophile
Polynucléaires éosinophile
basophile
Cellule T
Cellule B
Natural Killer
Lymphocytes
2 jours (sang)
6-8 heures (sang) < 3 jours (tissus)
8-12 heures (sang) < 10 jours (tissus)
?
8-10 jours
120 jours
Fonctions hétérogènes: durées de vie hétérogènes exemple: fonction mémoire durée de vie = années
Les cellules du sang
Erythrocytes
Plaquettes
Monocyte
neutrophile
Polynucléaires éosinophile
basophile
Cellule T
Cellule B
Natural Killer
Lymphocytes
0.1 à 1 .109/L
1.7 à 7.109/L
0.05 à 0.5.109/L
< à 0.1.109/L
150 à 450.109/L
1 à 4.109/L
4 à 6.1012/L
Morphologies différentes
Fonctions différentes
Durées de vie et séjours vasculaires
différents
Quantités différentes
Un mécanisme physiologique doit permettre de produire l’ensemble des cellules sanguines : cela implique: - une capacité de prolifération et de renouvellement (quantitatif) - une capacité de diversification (qualitatif = différenciation) - une capacité de régulation : équilibre/homéostasie = HEMATOPOïESE
Répartitions différentes
Cellules matures incapables de se
renouveler
Hématopoïèse
Ensemble des mécanismes qui assurent la production
constante et régulée des différentes cellules sanguines
Production constante : Nbre Durée de vie Production/j
globules rouges: 20.1012 120 j 200.109
PN Neutrophiles 0,5.1012 24 h 50.109
Plaquettes 1,0.1012 7 j 100.109
Production régulée : - facteurs de croissance, microenvironnement
- existence d’un compartiment très minoritaire de cellules
souches hématopoïétiques capables de générer la totalité
des éléments du sang.
Ontogenèse
= Etude de la croissance et le développement d’un individu (ou d’un tissu)
depuis la fécondation de l’œuf jusqu’à l’âge adulte
Ontogenèse
• Deux vagues successives de production de CSH :
– Hématopoïèse primitive dans le sac Vitellin (site extra-
embryonnaire) à J8 →CSH
– Hématopoïèse définitive dans l’AGM (site intra-
embryonnaire) →CSH qui colonisent ensuite les
organes hématopoïétiques (foie, rate, thymus)
AGM= Aorte-gonado-mesonephros (aorte, ébauches des crêtes génitales et
ébauche du rein)
Le placenta : nouveau site de production de CSH embryonnaires
Succession de territoires hématopoïétiques au cours de l’ontogenèse
Sac vitellin
7.5 J 10.5 J 12.5 J 15.5 J naissance
AGM
Placenta
Foie foetal
Moelle osseuse
Artère vitelline
Veine vitelline
Artère ombilicale
Veine ombilicale
Production de CSH
Expansion des CSH
Résidence des CSH
1 2 3 4 5 6 7 8 9 mois gestation adulte
Sac
vitellin J8
(site extra-
embryonnaire)
Foie
Rate
Moelle osseuse (os plats
chez l’adulte)
Siège de
l’hématopoïèse
Mésoderme J9
(site intra-
embryonnaire)
Répartition topographique selon l’âge
Les différents compartiments
médullaires
Les compartiments hématopoïétiques
4 compartiments :
Les Cellules souches hématopoïétiques (CSH)
Autorenouvellement et multipotence
Les progéniteurs
Cellules engagées dans un lignage cellulaire
Les précurseurs
Cellules qui se divisent et qui maturent
Les cellules matures
Cellules fonctionnelles qui passent dans le sang
Différenciation
Multipotence
Cellule souche
Progéniteurs déterminés
Auto-renouvellement
Concept de cellules souches hématopoïétiques
engagement
Caractéristiques des CSH
• Cellules peu nombreuses (0.01-0.1% des cellules de la moelle)
• Cellules indifférenciées
• Absence de marqueur spécifique
• Non reconnaissables morphologiquement
• En majorité quiescentes (G0)
• Engagement dans une voie de différenciation par division asymétrique
• Deux propriétés les définissent :
– Autorenouvellement
– multipotence
• Mise en évidence :
– greffe de moelle d’un donneur syngénique à des souris irradiées
Till et Mc Culloch
(1961)
Chaque colonie est issue d’une seule cellule de la MO appelée CFU-Spleen
– Pathologie humaine (cas de LMC) translocation chromosomique t(9;22) retrouvée dans : - érythroblastes et mégacaryocytes - granuleux et macrophages - lymphocytes B et T l’anomalie clonale acquise est retrouvée dans toutes les cellules du sang il existait donc une cellule multipotente (CSH) qui a subi le réarrangement
chromosomique et l’a transmis à toutes les cellules hématopoïétiques.
• Localisation :
– dans le microenvironnement médullaire
– Circulation transitoire dans le sang
Caractérisation phénotypique des CSH
souris homme
c-kit+ c-kit+
Thy-1low Thy-1low
Sca-1+ CD34+
+ négatives pour :
B220 (lymphocytes B)
CD3, CD4, CD8 (lymphocytes T)
Mac-1 (macrophages et NK)
GR-20 (granulocytes)
Ter119 (Gr)
+ négatives pour :
CD10, CD19, CD20 (lymphocytes B)
CD3, CD4, CD8 (lymphocytes T)
CD14 (monocytes/macrophages)
CD15 (granulocytes)
= Lin-Sca1+Kit+THy1+/-CD34-CD48-CD150+ = Lin-CD34+CD38-Thy1+/-Kit+
Compartiments hématopoïétiques
LT-HSC MPP ST-HSC
Moelle osseuse sang
CSH
CLP
CMP
Pro-T
Pro-B
GMP
MEP
Progéniteurs Précurseurs
Cellules
matures
LT
Cellules
dendritiques
LB
NK
Granulocytes
Monocytes
Cell.
dendritiques
Érythrocytes
Plaquettes
Les Progéniteurs
• 1% des cellules de la moelle
• Descendants des CS multipotentes, continuum
• PERTE des propriétés d’autorenouvellement et de multipotentialité
• CAPACITÉ DE PROLIFÉRATION ET DE DIFFÉRENCIATION
• Existent des progéniteurs multipotents (donnent naissance à plusieurs lignées mais déjà engagés), Bipotentes (deux lignées, ex BFU-e/MK) et monopotent (BFU-e immature)
• Non reconnaissables morphologiquement mais marqueurs Ag de Surface
Mise en évidence
• Mise en évidence indirecte : culture in vitro
– Test clonogénique quantitatif en milieu semi-solide : en
l’absence de stroma et en présence de facteurs de
croissance, durée < 3 semaines
– Culture à long-terme en milieu liquide: en présence de
stroma sans facteur de croissance, durée : 8-10
semaines, intérêt: culture de progéniteurs plus immatures
pour test clonogénique ensuite.
Compartiment des Progéniteurs
Mise en évidence : tests in vitro en milieu semi solide
Intermédiaires entre les cellules souches et les cellules matures
CFU = Colony Forming Unit CFU-GEMM
CFU-GM
CFU-G
CFU-M Colonies Morphologiquement
CFU-MK identifiables
CFU-Eo
CFU-B
CFU-E et BFU-E
Colonies
hématopoïétiques
14 jours
+ cytokines
14 jours
+ cytokines
Test des progéniteurs clonogéniques :
Milieu semi-solide : immobilisation : une colonie provient d’une cellule
Mise en évidence rétrospective de progéniteurs clonogéniques (CFU et
BFU)
CFU-Mixte
CFU-GM
CFU-Mk
BFU-E
Colonies
Méga Erythro Mixte GM
BFU-E CFU-Méga CFU-GM CFU-E
Mixtes
Photos CHU Tours Hématologie http://www.med.univ-tours.fr
Les précurseurs médullaires
• Multiplication et maturation terminale de l’hématopoïèse
• Reconnaissables morphologiquement et par des ag de surface,
spécifique de lignées : Glycophorine A pour la lignée érythroïde
• Fin du processus de maturation, cellules matures (réticulocytes) quittent
la moelle osseuse (diapédèse) vers la circulation sanguine ( GR en
24-48h)
Les 4 compartiments de cellules hématopoïétiques
autorenouvellement
MATURATION
DIFFERENCIATION
PROLIFERATION
Précurseurs
Les 4 compartiments de cellules hématopoïétiques
Cellule souche multipotente
Progéniteur myéloïde (CFU-GEMM) Progéniteur lymphoïde
BFU-e/ MK
BFU-E
CFU-E
CFU-MK
CFU-GM
CFU-M CFU-G CFU-Eo CFU-bas
érythrocyte plaquette
macrophage Cell. dendritique
monoblaste
neutrophile éosinophile basophile Cellule T Cellule B NK
érythroblaste
mégacaryocyte
CFU-B CFU-T
autorenouvellement
MATURATION
DIFFERENCIATION
PROLIFERATION
Monocyte
tissu
s
sa
ng
myéloblastes
promyélocytes
myélocytes
métamyélocytes
plasmocyte
Les différentes lignées
hématopoïétiques
Erythropoïèse
CFU-E
Proérythroblaste
Erythroblaste
Basophile
x x x x
Erythroblaste
Polychromatophile II
Erythroblaste
acidophile
5 - 6 jours
24 heures
Erythroblaste
Polychromatophile I
Réticulocyte
Erythrocyte
La lignée érythroblastique PROER
Proérythroblaste
ERB
Érythroblaste basophile
ERP
Érythroblaste
polychromatophile
ERA
Érythroblaste acidophile
Différenciation Erythroïde Terminale
Proerythroblast
Extruded
Nucleus
Immature
Reticulocyte
Enucleating
Erythroblast Orthochromatic
Erythroblast
Marqueurs de la différenciation Erythrocytaire
Régulation de l’érythropoïèse
1011 erythrocytes /J
Fer, vitamines (B12, B9),
Hormones (T4, Androgènes, IGF-1,..)
Anémie
Hypoxie Polyglobulie
Hyperviscosité
Stroma
Cytokines +
Equilibre Stable
Promégacaryoblaste
mégacaryoblaste
mégacaryocyte
basophile
mégacaryocyte
granuleux
mégacaryocyte
mature
Mégacaryopoïèse
4N - 8N
8N - 64N
plaquettes
Mégacaryoblaste
Mégacaryocyte
basophile
Mégacaryocyte
plaquettogène
Plaquettes
Marqueurs de la différenciation Mégacaryocytaire
Lignées granuleuse et monocytaire
CFU-GM
CFU-G CFU-M
monoblaste myéloblaste
promyélocyte
myélocyte
méta-
myélocyte
PNN
promonocyte
monocyte
2 jours 5 jours
7 jours
MB
Myéloblaste
PML
Promyélocyte
MLN
Myélocyte neutrophile
MMLN
Métamyélocyte
PN
Polynucléaire neutrophile
La lignée granuleuse neutrophile
Différenciation myélo-monocytaire
Lymphopoïèse
Précurseur lymphoïde commun
Précurseur B
Précurseur T
THYMUS
MOELLE OSSEUSE
ORGANES LYMPHOIDES
PERIPHERIQUES (rate, ganglions, formations lymphoïdes des muqueuses
Expansion clonale
réponse immunitaire
HEMATOGONES
Lymphocytes B
CSH CLP Pro-T Pré-T1 CD4 ISP DP DP (Pré-T2) immature mature
Lymphopoïèse T Différenciation Phénotypique
SP CD4+
SP CD8+
Pré-TCR TCR
CD34
CD45RA
CD7
CD2
CD5
CD1a
CD3
CD4
CD8
pTa
TCR
D’après F.Behm, St Jude, USA, 2004
Régulation de l’hématopoïèse
Hématopoïèse :
un lieu (moelle osseuse) pour la production
régulée des cellules du sang
régulation:
- contrôle par les facteurs de croissance
hématopoïétiques
- contrôle par des interactions entre les
cellules et le tissu médullaire (matrice
extracellulaire + autres cellules)
(notion de micro-environnement médullaire
et de niche hématopoïétique)
Matrice extra-
cellulaire
(Fibronectine,
laminines,
collagènes)
Fibroblastes Myofibroblastes
Endothélium
Cytokines
Macrophages
CSH
Protéoglycanes
Adipocytes
Chimiokines
ACTION DES FACTEURS DE CROISSANCE
(cytokines) INTERACTIONS CELLULES/MATRICE
EXTRA-CELLULAIRE
INTERACTIONS CELLULES/CELLULES
Niche hématopoïétique
Microenvironnement médullaire ou stroma
• = cellules stromales + matrice extracellulaire (MEC)
Stroma anatomique =
Fibroblastes Glycoprotéines :
Cellules endothéliales collagène I, III, IV, V,
Adipocytes fibronectine,
Cellules Musc lisses protéoglycane
Filets nerveux laminine
Monocytes/macrophages vibronectine
thrombospondine
Stroma fonctionnel =
Fibroblastes
Cellules endothéliales
Monocytes/macrophages
Lymphocytes (IL-3)
Ostéoblastes (G-SCF)
=
Adhésion
Liaison aux F de croissance ou
inhibition
Réservoir EPO
Rôle du stroma
dans la régulation de l’hématopoïèse
• Arguments:
– Anomalies hématologiques secondaires à des anomalies du microenvironnement en cas de mutation du gène du SCF (souris Sl/Sld ou W/Ww)
– Inefficacité des greffes de moelle osseuse en cas d’anomalies du stroma
– Culture in vitro
• Source de facteurs de croissance, de molécules inhibitrices, molécules d’adhésion
– Secrétés et relargués sous forme soluble
– Secrétés et réabsorbés sur la MEC (protéoglycane)
– Secrétés en restant ancrés à la membrane de la cellules stromale (SCF)
• Adhésion des cellules hématopoïètiques au microenvironnement
• Régulation complexe
Les cytokines ou facteurs de croissance
• Glycoprotéines (21-90KDa)
• Mono, -dimériques
• Synthèse par le stroma (sauf EPO-rein et TPO-foie)
• Action à faible concentration
• 3 catégories:
À action directe, non spécifique de lignée (étapes précoces) = “cytokines de
prolifération”
À action directe et spécifique de lignée (étapes tardives) = “cytokines de
différenciation”
À action synergique
• Action hiérarchisée
• Redondance d’activité
• Régulation positive et négative
Rôle des facteurs de croissance
Prolifération
Survie
Différenciation
Facteurs synergiques :
SCF, FLT3-L, IL1,
IL6, IL11, LIF
Facteurs multipotents :
IL3, GM-CSF, IL7
Facteurs restreints :
G-CSF, M-CSF,
EPO, TPO, IL5
CFU-MK
CFU-baso
CFU-Eo
CFU-GM
CFU-M
CFU-G
BFU-EPr CFU-E BFU-E
Stem Cell Factor
c-Kit-L
Steel Factor
CFU-GEMM
CSH
Effets du SCF sur l'hématopoïèse
CFU-GEMM
CFU-MK
CFU-baso
CFU-Eo
CFU-GM CFU-M
CFU-G
BFU-EPr CFU-E BFU-E EPO
TPO
IL-5
M-CSF
G-CSF
CSH
Facteurs restreints
Les récepteurs des facteurs de croissance hématopoïétique
appartiennent à deux grandes familles
1- Récepteurs à activité tyrosine-kinase Ex:
-c-kit
2 - Récepteurs de cytokines Ex:
R-Erythropoïétine
R -Thrombopoïétine
Structure générale des récepteurs de cytokines
EC
IC
1 seul domaine TM (peut être absent)
Domaine cytokine : 200 aa
Partie intracellulaire sans
activité catalytique
propre
N
C
Transduction du signal
TK
Jak
STAT
Ras
MAP-K
Transcription
Noyau
STAT STAT survie
prolifération
différenciation
spécialisation
cytokine
GATA-2
CSH
Progéniteur
pluripotent
Ikaros
PU.1 E2A EBF Pax 5
AML1
PU.1
C/EBP
MafB
GATA-1
NFE-2
cellule B cellule T
Monocytes
PMN
Mastocyte
Erythrocyte
Mégacaryocyte Plaquette
MafG/MafK
NK
C/EBP
FLI-1 FOG
GATA-1
GATA-3
PU.1
Expression des régulateurs de transcription
(Facteurs de transcription)
GATA-1
Exploration de la moelle osseuse
Les 4 compartiments de cellules hématopoïétiques
Cellule souche multipotente
Progéniteur myéloïde (CFU-GEMM) Progéniteur lymphoïde
BFU-e/ MK
BFU-E
CFU-E
CFU-MK
CFU-GM
CFU-M CFU-G CFU-Eo CFU-bas
érythrocyte plaquette
macrophage Cell. dendritique
monoblaste
neutrophile éosinophile basophile Cellule T Cellule B NK
érythroblaste
mégacaryocyte
CFU-B CFU-T
autorenouvellement
Monocyte
tissu
s
sa
ng
myéloblastes
promyélocytes
myélocytes
métamyélocytes
plasmocyte
Reconstitution
à long terme in vivo
Cultures à long terme
+
(immunophénotypage
CD34)
Cultures
Progéniteurs
+
(immunophénotypage)
Myélogramme
Biopsie ostéo-
médullaire
Hémogramme
Réalisation du
myélogramme
chez l’adulte
https://www.youtube.com/watch?v=H1x_dTKAU34
Biopsie-
Ostéo-
Médullaire
Myélogramme
= Cytologie
• Facilité
• Visualisation des Cellules
• Délai de rendu
• Appréciation de la richesse
• Appréciation de la fibrose
• Architecture
Biopsie-Ostéo-Médullaire
(BOM)
= Histologie
+++
+++
+++
+++
+++
+++
+
-
+
-
+
+
x5 x10
MOELLE DE RICHESSE NORMALE
Moelle osseuse normale • Répartition harmonieuse entre les éléments des différentes lignées:
granuleuse, érythroïde, mégacaryocytaire • Pyramide de maturation : plus d’éléments matures que de cellules jeunes
– Myéloblastes : 0.3 à 5% – Promyélocytes : 1 à 8% – Myélocytes : 5 à 19% – Métamyélocytes : 13 à 32% – Polynucléaires neutrophiles : 7 à 30% – Myélocytes éosinophiles : 0.5 à 3% – Métamyélocytes et polynucléaires éosinophiles : 0.5 à 4% – Basophiles : 0 à 1%
– Monocytes : <10 %
– Erythroblastes : 7 à 32%
– Lymphocytes : < 20% Rapport M/E:3/1 à 4/1
Richesse Normale
Mégacaryocytes Présents
Cellules indifférenciées 1
Lignée granuleuse Lignée érythroblastique
Myéloblaste 2 Proérythroblaste 1
Promyélocyte 6 Érythroblaste basophile 3
Myélocyte neutrophile 11 Érythroblaste polychromatophile 8
Métamyélocyte 17 Érythroblaste acidophile 11
Polynucléaire neutrophile 22
Total érythroblastes 23
Myélocyte éosinophile 1 Autres cellules
Métamyélocyte éosinophile 0
Polynucléaire éosinophile 1 Lymphocytes 10
Monocytes 4
Polynucléaire basophile 0 Plasmocytes 2
Total granuleux 60
Conclusion Moelle de richesse normale, équilibrée
x10 x10
MOELLE DILUEE
x10 x10
MOELLE DESERTIQUE
MOELLE TRES RICHE
x10 x10
Cytopénie
(anémie, thrombopénie, neutropénie isolée ou
bicytopénie ou pancytopénie)
Mécanisme central Mécanisme périphérique
1. Défaut de production (carence,
anomalie constitutionnelle….)
2. Destruction centrale (toxique, Rx,
Virus, immunologique)
3. Envahissement tumoral (leucémies,
Tumeurs solides, métastases)
1. Trouble de répartition (hypersplénisme,
augmentation du Pool marginal des PN)
2. Destruction périphérique
(alloimmunité, auto-immunité)
3. Consommation (ex CIVD)
Blocage de différenciation
Neutropénie, thrombopénie, anémie…
• Défaut de cytokine
• Anomalie du récepteur
• Anomalie d’un facteur de transcription
• Autres (ribosome..
Pré-leucémies
Plusieurs anomalies séquentielles au cours du temps
Leucémies aiguës
Anomalies d’un facteur de transcription et anomalies moléculaires acquises expansion clonale maligne
Un lien pour vous amuser :
https://www.youtube.com/watch?v=rIM8R08MUKM