Modèle de différenciation de cellules endothéliales à partir des cellules souches embryonnaires humaines

par Orit Goldman

Thèse de doctorat en Biologie des cellules sanguines

Sous la direction de Georges Uzan.

Soutenue en 2009

à Paris 7 .


  • Résumé

    Le développement du système vasculaire s'effectue grâce à deux phénomènes : la vasculogénèse et l'angiogénèse. Les cellules endothéliales jouent un rôle central dans la formation et le fonctionnement des vaisseaux sanguins. Elles tapissent la paroi interne de l'ensemble des vaisseaux et permettent une barrière étanche permettant les échanges entre le sang et les tissus. De plus les cellules endothéliales sont hautement spécialisées. Par exemple les cellules endothéliales de la barrière hémato-encéphalique forment une paroi sélective et peu perméable. In vitro, la vasculogénèse peut être étudiée grâce au modèle des cellules souches embryonnaires humaines (hES). Les cellules hES peuvent générer les trois feuillets embryonnaires: mésoderme, endoderme et ectoderme. Elles forment spontanément en culture des structures compactes appelées corps embryonnaires (EB, embryoïd bodies). Le traitement des EB avec une combinaison cytokines entraîne une différenciation en précurseurs endothéliaux et hématopoïétiques, confirmant au niveau clonal l'existence de cellules souches communes aux deux systèmes. La production des cellules endothéliales à partir des hES stimulée par le BMP4, qui accélère le délai d'apparition des cellules endothéliales (CD144/KDR) et le nombre de cellules engagées dans cette voie de différenciation. En présence de BMF nous mettons en évidence une population de progéniteurs endothéliaux, qui se différencient en cellules endothéliales fonctionnelles. Nous exploitons actuellement ce modèle pour obtenir des cellules endothéliales ayant des fonctions spécialisées de cellules endothéliales de la barrière hémato-encéphalique. Les cellules endothéliales cérébrales ont pour caractéristique d'exprimer les protéines des jonctions serrées, les molécules d'adhésion et de transporteurs. Au cours du développement, ces caractéristiques sont acquises et maintenues par leur contact avec les astrocytes. C'est pourquoi dans notre modèle, nous instruisons les cellules endothéliales dérivées des hES par une co-culture avec des astrocytes. D'autre part nous avons mis évidence que le BMP4 accélère le délai d'apparition des marqueurs CD133/KDR, exprimés par les progéniteurs endothéliaux circulants. Or, mises en culture, ces cellules génèrent une population de cellules qui expriment aussi bien les marqueurs de cellules mésenchymateuse (Vimentine et ASMA) que de cellules épithéliales hépatiques (CK8, CK18 et CK19). En culture, ces cellules, sont capables de se différencier en chondrocyte adipocytes et ostéoblastes. Leur différenciation en cellules épithéliales est en cours. Nous suggérons donc que ces cellules sont en transition épithélio-mésenchymateuse (TEM), et travaillons sur cette hypothèse. Ces études ont mis en évidence que les cellules hES permettent d'avoir accès à un large spectre de différenciation, allant de cellules immatures à des cellules ayant acquis des fonctions spécialisées. En ce qui concerne les cellules endothéliales et les cellules mesenchymateuses, cette propriété pourra avoir des utilisations en pharmacologie et en médecine régénérative.

  • Titre traduit

    Model of endothelial cells differentiation from human embryonic stem cells


  • Résumé

    The development of the vascular System takes place through two pathways: vasculogenesis and angiogenesis. Endothelial cells play a central role in the formation and function of blood vessels. They take place in the inner wall of ail vessels and constitute a dynamic barrier for the exchanges between blood and tissues. In addition, the endothelial cells are highly specialized. For example, the endothelial cells of blood-brain barrier (BBB) restrict the passage of molecules and cells into the central nervous System. Vasculogenesis can be studied in vitro through the model of human embryonic stem cells (hES). HES cells can generate ail three embryonic layers: mesoderm, endoderm and ectoderm. They form spontaneously in culture compact structures called embryoïd bodies (EBs). The EBs treatment with a combination of cytokines leads to the differentiation into endothelial and hematopoietic precursor, confirming the existence of a stem cell common to both Systems. The production of endothelial cells from hES is stimulated by BMP4, which accelerates the time to onset of endothelial cells emergence (CD144/KDR) and the number of cells involved in this differentiation process. In the presence of BMP4, we highlight a population of endothelial progenitors, which differentiate into functional endothelial cells. We currently operate the model to obtain endothelial cells with specialized functions, such as endothelial cells of the BBB. Such endothelial cells express the proteins of tight junctions, adhesion molecules. During development, these characteristics are acquired and maintained by contact with astrocytes. For this reason, we co-culture the endothelial cells derived from hES with astrocytes. In parallel, we have tried to isolate more immature endothelial progenitors by using a combination of markers expressed on post-natal endothelial progenitors. BMP4 boosted differentiating hES cells were sorted with CD133/KDR markers. However, put into culture, these cells generate a population of cells expressing markers of both mesenchymal cells (vimentin and ASMA) and epithelial cells (CK8, CK18 and CK19). In culture, these cells are able to differentiate into chondrocytes, adipocytes and osteoblasts. Their differentiation into epithelial cells is currently under investigation. We suggest that these cells are in epithelial-mesenchymal transition (EMT), and we are currently working on that hypothesis. These studies have shown that hES cells can give access a broad spectrum of differentiation from immature cells to cells that have acquired specialized functions. With regard to endothelial cells and mesenchymal cells, this property may have uses in pharmacology and, further, will open the way to regenerative medicine.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (200 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 435 réf.

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  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2009) 060
  • Bibliothèque : Bibliothèque interuniversitaire de santé (Paris). Pôle pharmacie, biologie et cosmétologie.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : MFTH 9015
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