Title: Tissu osseux
1Tissu osseux
- Physiologie régulation de la calcémie et de la
phosphorémie - Biologie cellulaire du remodelage
- Application à la physiopathologie
2Répartition du calcium dans lorganisme
3Echanges du calcium
25mmole 1gr
4Les régulateurs de la calcémie
- Hormone parathyroidienne
- Vitamine D
- Calcitonine
- Récepteur au calcium
- Récepteur de la parathormone
5Vitamine D
- Source alimentaire et cutanée (hormone)
- Stéroïde .
- Métabolite actif synthétisé par hydroxylation
dans le foie (forme circulante) et le rein - Récepteur facteur de transcription (récepteur
nucléaire), présent dans lintestin et dans
de nombreuses cellules à un taux plus faible
6Source et métabolisme de la vitamine D
7Vitamine D multiples actions potentielles
8Action biologique de la Vitamine D
- La forme circulante qui reflète les stocks de
lorganisme est la 25(OH)D - Action biologique est due à la 1,25 (OH)2 D3 qui
a la meilleur affinité pour le récepteur. - La 1a hydroxylase rénale est stimulée par PTH et
hypocalcémie - Augmentation de labsorption intestinale du
calcium ?? calcémie - Augmentation de la différenciation des cellules
osseuses et autres (cutanées, hématopoïétique) - Diminue la transcription de lhormone
parathyroïdienne
9Hormone parathyroidienne (PTH)
- Synthétisée dans les 4 glandes parathyroïdes
- Hormone polypeptidique 1-84. Seule la partie 1-34
est nécessaire à laction biologique - Agit sur un récepteur à 7 domaines
trans-membranaire qui est exprimé dans le rein,
les cellules osseuses,
10Hormone parathyroidienne
1
10
H2N-
20
30
40
50
60
70
80
COOH
-
11Activation du Recepteur de la PTH
C
extracelluar
intracellular
12Action biologique de la parathormone
- Rein
- ? hydroxylation en 1 a vitamine D ?
- ? absorption intestinale du calcium
-
- ? réabsorption tubulaire du calcium ?
diminution calciurie - Cellules osseuses ? résorption osseuse
- Augmente la calcémie
13Action biologique de la parathormone
14Régulation des hormones par le taux de calcium
sérique
- Parathormone synthése ? lors de laugmentation
de la calcémie grâce à un récepteur du calcium - Vitamine D synthése ? lors de la diminution de
la calcémie (augmentation de lhydroxylase rénale
due à ? PTH et ?calcémie)
15Régulation étroite de la sécrétion de
parathormone par la calcémie
Récepteur du calcium exprimé par les cellules
des glandes Parathyroides. ?du calcium
extracellulaire ? ? synthése de parathormone
16Récepteur du calcium
17Rôle du récepteur au calcium
- En labsence de récepteur au calcium
hypercalcémie indépendante du taux de
parathormone - Activation constitutive du récepteur
hypocalcémie simulant une hypo-parathyroidie
18Régulation de la calcémie par la parathormone et
la vitamine D
Ca extracellulaire
19Régulation de la phosphorémie
20taux de FGF 23 et phosphatémie ostéomalacie
tumorale
Ablation dune tumeur qui sécrète du FGF23
21FGF 23
- phosphatonine circulant, ? la phosphoremie
par son action rénale - ? la réabsorption rénale (? co transporteur du
phosphore) - ? absorption intestinale (? production de
vitamine D active 1-a hydroxylase rénale) - Mutation activatrice ou tumeurs
hypophosphatémiante ? ? production de FGF23 et
hypophosphatémie sévère - Sécrété essentiellement par les ostéocytes
22Action de FGF 23
- FGF 23 se lie à plusieurs FGF-R mais ils
nécessitent un co- facteur, Klotho, pour traduire
le signal - Klotho est exprimé dans le tubule rénale
23(No Transcript)
24Klotho et vieillissement
Souris invalidées pour Klotho
Kuoro et al Nature 1997
25FGF 23 et klotho
- Les souris invalidées pour FGF23 ont une
phosphatémie ?et une durée de vie ? identique aux
souris invalidées pour Klotho - Le vieillissement accéléré due à linhibition de
Klotho est il du à lhyperphosphatémie?
26Les anomalies du métabolisme minéral sont une
cause de vieillissement prématuré
27Lablation de la vitamine d active sauve le
phénotype des souris FGF 23-/-
Razaque et al FASEB 2006
28Le tissu osseux
- Les ostéoblastes et la matrice osseuse
- Les ostéocytes
- Les ostéoclastes
- Le remodelage osseux et ses implications
- La perte osseuse du vieillissement
29Matrice organique
95 Collagène I 5 Protéines non
collagèniques Ostéocalcine spécifique
ostéoblaste Dosable dans le sang Témoigne du
nombre dostéoblastes
- Rôle des protéines non collagènique
- adhésion des cellules osseuses à la matrice
- faciliter ou inhiber la minéralisation
- lier les facteurs de croissance
Nombreux facteurs de croissances
30Ostéogénése imparfaite, maladie des os de verre
Mutation dans un des deux gènes codant pour le
collagène de type I
31Matrice Phase minérale
- 1.2 kg de calcium, 600 gr de phosphore ? rôle de
réservoir - Majorité phosphate de calcium hydraté sous forme
- de cristal dhydroxy-apatite.
- Ca 10 (PO4)6 (OH)2
- Mécanisme de la minéralisation
- apport de calcium et phosphore grâce à la
phosphatase - alcaline
- Rôle de protéines non collagèniques
- Phénomène actif sous la dépendance des
ostéoblastes
32Ostéoblaste synthétise et minéralise la matrice
Os minéralisé
ostéocyte
Ostéoïde
ostéoblastes
C. Stromale Pré-ostéoblaste
Moelle hematopoiétique
33Ostéoblastes différenciation
Cellule mésenchymateuse pluripotente
Phosphatase alcaline Collagène I ostéocalcine
Cellule ostéoprogénitrice
Préostéoblastes
Ostéoblastes Cellules bordantes Ostéocytes
Apoptose
34ostéoblastes
- Deux gènes clefs
- Runx2
- LRP5
35myocytes
Myo D, MEF2
Cbfa1 / Runx2
ostéoblastes
PPAR?? 2
adipocytes
Cellules souches mésenchymateuses
Sox 9
chondrocytes
36Rôle de Runx 2dans la différenciation
ostéoblastique
- Délétion du gène chez la souris
- (pas
- Délétion du gène chez la souris
- Arrêt de la différenciation
- ostéoblastique et absence de tissu ossifié
- (Cell 1997)
-
sauvage
Runx 2-/-
37- Runx2
- est exprimé par les cellules stromales, les
précurseurs ostéoblastiques et les
chondroblastes. - son expression augmente avec la différenciation
ostéoblastique. - induit lexpression des gènes de la matrice
extra-cellulaire.
?1 collagène I ostéocalcine ostéopontine bone
sialoprotéine TGF-?
Runx 2
OSE1 OSE2
38ostéoblastes
- Deux gènes clefs
- Runx2 facteur de transcription indispensable à
la différenciation - LRP5 co récepteur de la voie wnt dont
lactivation (en inhibant GSK) induit le passage
de la b-caténine dans le noyau et laugmentation
de plusieurs gènes de prolifération dont ceux des
ostéoblastes
39inactif
actif
Krishnan et al JCI 2006
40Syndrome ostéoporose pseudogliome (OPPG)
Gong et coll., Cell, Nov 2001, 107 513-523
41Des mutations activatrices dans le gène de
LRP5 sont responsables dune masse osseuse élevée
par augmentation de la formation osseuse
Boyden et coll, NEJM, Mai 2002, 346 1516
42Lrp -5 Low-density lipoprotein Receptor-related
Protein 5
- Données de clinique humaine
- Inactivation du gène Lrp-5
- ? syndrome ostéoporose pseudogliome (maladie
récessive ) - Mutation du gène Lrp-5 empêchant sa liaison à
son inhibiteur naturel Dkk - ? Syndrome de masse osseuse élevée dans une
famille - Données expérimentales
- Invalidation chez la souris ostéoporose avec
formation osseuse diminuées -
43LRP5 et formation osseuse
Signal intermittent jamais toujours
Ostéoporose pas de liaison De wnt à lrp5
Osteosclérose Pas de liaison de lrp5 à Dkk
normal
44Le tissu osseux
- Les ostéoblastes et la matrice osseuse
- Les ostéocytes
- Les ostéoclastes
- Le remodelage osseux et ses implications
- La perte osseuse du vieillissement
45Ostéocytes
- Représentant 90 des cellules osseuses, emmurés
dans le minéral et reliées par des canalicules - Moyens détude une lignée cellulaire MLO-Y4 et
des souris invalidés pour certains gènes
spécifiquement dans le ostéocytes - Stade terminale de différenciation des
ostéoblastes, marqueurs particuliers
46Les marqeurs ostéocytaires
47Viabilité et Apoptose des ostéocytes
- Mécano-senseurs Effet positif des contraintes
mécaniques - Régulateurs du métabolisme phosphocalcique (FGF23
et PTH-R) - et du remodelage osseux (RANKL et sclérostine)
48Canalicules ostéocytaire et surface osseuse
49Les ostéocytes cellules sécrétrices
- FGF-23
- Sclérostine
- RANK-L
50Sclerostin and bone formation
- Protein expressed only in bone
- Localized only in osteocytes
- inhibit bone formation
- Inhibit LRP5
- Similar to protein that inhibits
- BMP
51inactif
actif
Krishnan et al JCI 2006
52Mutations inactivatrices de Sost
Homozygotes
Phénotype uniquement osseux ? masse
osseuse Développement Pharmacologique
dinhibiteur pour le traitement de
lostéoporose
Heterozygotes
53AMG 685 Anti-Sclerostin Monoclonal Antibody
54Le tissu osseux
- Les ostéoblastes et la matrice osseuse
- Les ostéocytes
- Les ostéoclastes
- Le remodelage osseux et ses implications
- La perte osseuse du vieillissement
55ostéoclastes
56Ostéoclaste résorption
Compartiment de résorption
matrice osseuse
57Ostéoclastes
- Cellule très différenciée
- Fonction de dégradation extracellulaire dans un
compartiment entre la bordure plissé et los
(lysosome secondaire) - - Adhésion au tissu osseux
- - Acidification extracellulaire
- Sécrétion de protéases actives à PH acide
- (Cathepsine K)
58la Resorption Osteoclastique
Cl-
HCO3-
calcitonine
Na
RANKL
H
CAII
H2O CO2 -gt H HCO3-
K
RANK
Na
H
Cl-
Lysosomes
Zone claire
K
aVb3
aVb3
RGD
RGD
Cathepsine K
H
Cl-
matrice osseuse
59Ostéopétrose densité osseuse élevée due à
déficit de résorption ostéoclastiqueDéfaut de
fonction ostéoclastique ostéopétrose bénigne
Défaut dacidification Absence de canal chlore
Défaut de synthèse de protéase cathepsine K
60Ostéopétrose humaine récessive maligne
Défaut de resorption ostéoclastique
sévére Insuffisance médullaire Léthale
Coccia et al NEJM 1979
61Différenciation ostéoclastique
CFU- M
Autres tissus
Tissu osseux
Macrophage phagocytose
Ostéoclaste Résorption extracellulaire
62Différenciation osteoclastiques
précurseur hématopoïétique
microenvirrnement
ostéoblastes
CFU-M
?
Macrophage Ostéoclaste
63précurseur ostéoclastique
ostéoclaste
différenciation et fusion
recepteur MCS-F (c-Fms)
RANK
OPG
MCS-F
RANK-L
Hormones et facteurs locaux ?? résorption?
ostéoblaste et leur précurseurs
Proc. Natl. Acad. Sci USA, 1998
64Souris transgéniques RANK-/-
RANK-/-
RANK/
Li et al, PNAS 2000
65Ostéoprotégérine chez lhomme déficience et
traitement
Ostéoporose sévère due à une mutation
inactivatrice dans le gène de lostéoprotégérine
nbreux ostéoclastes
Injection sous cutanée dostéoprotégérine
? Augmentation de la masse osseuse
66La balance OPG/RANK-L régule la résorption osseuse
TGF-b Estradiol
IL-1b, TNF-a , IL-11 PGE2, PTH, 1,25(OH)2D3
-
OPG
RANK-L
Corticoides PGE2
TGF-b
Différenciation et activité des ostéoclastes
Hofbauer, JBMR, 2000
67RANKL produit par les ostéocytes contribue à
lostéoclastogénéses
Nakashima et al Nature Med 2011
68Le tissu osseux
- Les ostéoblastes et la matrice osseuse
- Les ostéocytes
- Les ostéoclastes
- Le remodelage osseux et ses implications
- La perte osseuse du vieillissement
69Tissu osseux
Cortical Trabéculaire Cortical
70Le tissu osseux est formé de multiples unités
fonctionnelles
Os trabéculaire Os cortical
71Le remodellage dune unité fonctionelle
osseuse dure environ 3 mois
72Os trabéculaire et cortical activation
différente des unités de remodelage
Renouvellé
Masse
chaque année
Surface
trabéculaire
20
80
25
cortical
80
20
3
Tr
Fréquence dactivation plus grande dans los
trabéculaire que cortical ? os trabéculaire
renouvellement plus important et plus réactif au
changement de la balance
73Remodellage osseux dépend de communications
entre ostéoblastes et ostéoclastes
- Activation du remodellage
- Sécrétion par les ostéoblastes/ostéocytes dun
facteur (RANK-L) induisant la différenciation des
ostéoclastes - Couplage formation / résorption
- Libération de la matrice osseuse par les
ostéoclastes de facteurs de croissance activant
prolifération et différenciation ostéoblastique
74Remodellage osseux/communication cellulaire
cellules bordantes préostéoblastes
QUIESCENCE
ostéoblastes
pré-ostéoclastes
RANK-L
FORMATION
ostéoclastes
Pré- ostéoblastes
RESORPTION
INVERSION
?
75Facteurs de croissance et os
- Ne sont pas spécifiques du tissu osseux
- IGF-I, TGF-ß, FGFs, GM-CSF, TGF-ß,, BMPs, (bone
morphogenic protein) - Facteurs solubles produits localement par les
ostéoblastes et inclus dans la matrice osseuse - Maintiennent leur activité biologique par leur
liaison à des protéines de support - Augmentent la prolifération et/ou la
différenciation et des ostéoblastes -
76Principales cytokines et facteurs de croissance
impliqués dans le remodelage osseux
CFU-M
RANK-L M-CSF
Cellules précurseurs des ostéoblaste
TGFß activé
IGF FGFb BMP
Précurseurs ostéoclastiques
Ostéoblastes
Ostéoclaste
TGFß latent, IGF, FGFb, BMP
77Le tissu osseux
- Les ostéoblastes et la matrice osseuse
- Les ostéocytes
- Les ostéoclastes
- Le remodelage osseux et ses implications
- La perte osseuse du vieillissement
78Perte osseuse du vieillissement
79Perte osseuse du vieillissement
- Débute vers 50 ans et persiste au cours du
vieillissement - Est due à une résorption est plus importante que
la formation (déséquilibre du remodelage) - Les femmes ont un capital osseux plus bas et
perdent plus que les hommes lors du
vieillissement (50 vs 30 dos trabéculaire) - La perte osseuse nest pas symptomatique
80Physiopathologie de la perte osseuse du
vieillissement
- Facteurs endocriniens
- Hyperparathyroïdie secondaire
- Carence en estrogènes
- Diminution des stimulations mécaniques osseuses
(ostéocytes) - masse musculaire diminuée
- activité physique moindre
- Diminution de lactivité des ostéoblastes
81(No Transcript)
82Vieillissement
83Communication inter cellulaire dans le tissu
osseux implications
- Traitement par inhibiteurs de résorption
- Cercle vicieux des métastases osseuses
84cellules bordantes préostéoblastes
QUIESCENCE
ostéoblastes
pré-ostéoclastes
Médicament inhibant les ostéoclastes
FORMATION
ostéoclastes
ostéoblastes
RESORPTION
INVERSION
Pas de gain de masse osseuse continu Pas de
renouvellement de la matrice
85Evolution de la densité osseuse après utilisation
dun inhibiteur de la résorption osseuse durant 3
ans
Contrôle
Ris 5 mg
9
8
7
n 158
6
5
p 0,05 vs. valeur initiale p 0,05 vs.
contrôle
4
Variation moyenne par rapport líinclusion ()
3
2
n 134
1
0
-1
0
6
12
18
24
30
36
Mois
A 6 mois Ris 5 mg vs contrôle 4 (p lt
0,001) A 36 mois, Ris 5 mg vs contrôle 6 (p
lt 0,001)
86Ostéolyse dun cancer
87Cellule cancéreuses dans le tissu osseux cercle
vicieux
? Prolifération des cellules cancéreuses
RANK-L cytokines
?
? TGFß activé
IGF FGFb BMP
TGFß latent, IGF, FGFb, BMP