From molar development in the mouse to tooth tissue engineering

par Bing Hu

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Adeline Lesot.

Soutenue en 2006

à l'Université Louis Pasteur (Strasbourg) .

  • Titre traduit

    Du développement de la molaire chez la souris à l'ingénierie de la dent


  • Résumé

    Chez l’embryon, le germe dentaire est constitué d’un épithelium dérivé de l’ectoderme et d’un ecto-mésenchyme dérivé des crêtes neurales céphaliques. L’existence d’interactions continues et réciproques entre ces deux composantes fait de la dent un modèle unique pour étudier la nature et le rôle des interactions épithélio-mésenchymateuses dans le contrôle de l’organogenèse. Le développement dentaire fait intervenir les étapes successives d’initiation, de morphogenèse, d’histogenèse épithéliale et de cytodifférenciations. La morphogenèse, hautement spécifique pour la couronne, va conditionner la fonctionnalité de la dentition. L’histogenèse épithéliale va conduire à l’apparition de quatre compartiments cellulaires : les épithéliums dentaires interne et externe, le réticulum stellaire et le stratum intermedium. A cela s’ajoute un compartiment transitoire, le nœud de l’émail primaire (NEP), qui exprime les transcrits des quatre grandes familles de molécules de signalisation (BMPs, FGFs, WNTs et SHH). Du côté mésenchymateux dans la couronne, les cellules au contact de la membrane basale se différencient en odontoblastes (sécrétant la prédentine/dentine). En face, du côté épithélial, les cellules de l’épithélium dentaire interne se différencient en améloblastes sécrétant les composants de l’émail. Au niveau de la racine, cette interface dentine/émail est remplacée par une interface dentine/cément. L’origine des cémentoblastes n’est pas clairement définie. Du fait de la transcription de messagers codant pour des molécules de signalisation au niveau des cellules du NEP, on prête à cette structure un rôle important dans le contrôle de la morphogenèse. En fait, des expériences de dissociations/réassociations tissulaires ont montré que la morphogenèse dentaire est spécifiée par le mésenchyme, où l’on retrouve les molécules de signalisation. La question à l’origine de ce travail de Thèse visait à déterminer si le mésenchyme dentaire était aussi susceptible de contrôler l’histogenèse épithéliale. Nous avons par ailleurs cherché à tester le rôle du NEP dans la spécification du mésenchyme et à évaluer le rôle possible d’informations de position au niveau des cellules de l’épithélium dentaire. Ce travail s’est ensuite orienté vers l’ingénierie tissulaire, la reconstitution d’une dent entière étant actuellement un défi majeur de la médecine régénérative. Nous avons mis au point un ensemble d’approches expérimentales et une stratégie globale visant à obtenir, à partir de réassociations tissus/cellules ou cellules/cellules, la formation d’une dent entière (couronne, racine et périodonte). Nous avons enfin recherché des sources cellulaires non-dentaires dans la perspective d’une ingénierie tissulaire dentaire. Initialement, nous avons utilisé des ébauches de premières molaires inférieures au stade capuchon, prélevées au 14ème jour embryonnaire (E14) chez la souris. A ce stade, le NEP est fonctionnel. L’épithélium a été dissocié du mésenchyme par traitement à la trypsine. L’absence de contamination d’un compartiment par l’autre a été vérifiée en histologie, par microscopie à balayage, hybridation in situ et RT-PCR (les sondes utilisées étaient Pax9 et Fgf10 pour le mésenchyme, Fgf4, Pitx2, et Shh pour l’épithélium). L’épithélium qui comporte alors quatre populations cellulaires a été dissocié de manière à avoir des cellules individuelles. Ces cellules qui ont perdu toute information de position initiale ont été centrifugées et réassociées à un mésenchyme intact. En culture sur milieu semi-solide d’agar, les réassociations montrent la reconstitution d’une membrane basale continue à l’interface épithélio-mésenchymateuse puis le passage par les étapes successives de morphogenèse dentaire conduisant au développement d’une couronne de type molaire. Le développement de plusieurs cuspides a été visualisé par reconstruction 3D assistée par ordinateur. Parallèlement à ces étapes de morphogenèse, l’histogenèse épithéliale se restaure avec la caractérisation des différents compartiments caractérisant la transition d’un épithélium dentaire vers un organe de l’émail. En particulier, le mésenchyme induit la formation d’un NEP transitoire avec toutes ses caractéristiques : agencement histologique, sortie du cycle cellulaire (vérifié par incorporation de BrdU), expression de Shh et Fgf4, et apoptoses (ssDNA) au niveau de ses cellules internes. La rapidité du processus démontre la très forte plasticité des cellules épithéliales. Il ne semble pas y avoir de mémorisation de l’information de position, provenant d’interactions cellules-cellules et cellules-matrice. Enfin le développement de ces réassociations in vitro conduit à la différenciation fonctionnelle des odontoblastes et à la différenciation cytologique des améloblastes. Ces expériences ont été reprises à un stade plus précoce (E13) alors que le NEP est seulement en voie de formation et donc non-fonctionnel. Dans ces réassociations, le développement de structures dentaires montre que les potentialités du mésenchyme ne sont pas spécifiées par le NEP. L’ensemble de ces résultats a été publié. Nous avons cherché à savoir si, pour être actif, le mésenchyme devait être intact ou pouvait lui-aussi être dissocié en cellules isolées. A côté de l’aspect mécanistique, la question a un intérêt en vue de développer des techniques transposables à l’ingénierie tissulaire dentaire, actuellement à l’étude dans plusieurs laboratoires. Nous avons donc comparé le devenir de réassociations entre mésenchyme intact et cellules épithéliales avec celui de réassociations entre cellules mésenchymateuses et cellules épithéliales. Les réassociations entre les deux types cellulaires conduisent aussi à la formation de structures dentaires in vitro, mais cela se produit avec un certain retard par rapport aux réassociations où le mésenchyme avait été conservé intact et surtout, la forme des dents est perturbée. Par contre, l’histogenèse épithéliale est bien restaurée et, de part et d’autre de la membrane basale, les cellules se différencient en odontoblastes et améloblastes [. . . ]


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Informations

  • Détails : 1 vol. (XI-Pagination multiple [151] f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 91-110

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Blaise Pascal.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2006;5137
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