Étude de la différenciation ostéoclastique au sein d'un biomatériau destiné à l'ingénierie tissulaire osseuse et étude structure-fonction des produits du gène Atp6v0a3 dans la différenciation ostéoclastique

par Caroline Girard Mouline

Thèse de doctorat en Interactions cellulaires et moléculaires

Sous la direction de Jean-Claude Scimeca.

Soutenue en 2010

à Nice .


  • Résumé

    Le tissu osseux est renouvelé en permanence dans le but de maintenir son intégrité. Deux types cellulaires sont à la base de ce processus de remodelage : les ostéoblastes, responsables de la formation du tissu osseux, et les ostéoclastes, responsables de la résorption de celui-ci. Au cours de mon projet de thèse, je me suis principalement intéressée à l’étude des ostéoclastes. Dans la première partie de mon travail, j'ai étudié l’ostéoclastogenèse dans un modèle de culture tridimensionnelle in vitro en utilisant un biomatériau composite constitué de plasma coagulé et de microparticules de phosphate de calcium biphasé (BCP). En analysant l’expression des marqueurs de la différenciation ostéoclastique, nous avons démontré que ce biomatériau constituait un microenvironnement favorable à la différenciation des précurseurs ostéoclastiques en ostéoclastes. De plus, nous avons mis en évidence que les ostéoclastes générés au sein de ce biomatériau produisaient des facteurs chimio-attractants pour les cellules souches mésenchymateuses (MSC) précurseurs des ostéoblastes, mais aussi des facteurs impliqués dans la vascularisation. Après une étape initiale de résorption, les ostéoclastes présents au sein de ce biomatériau pourraient, comme dans le processus de remodelage osseux, favoriser la néo-vascularisation et le recrutement des précurseurs ostéoblastiques, accélérant ainsi la synthèse d’os nouveau. Des expériences sont en cours afin de tirer parti de ce biomatériau facilement manipulable, pour étudier les interactions s'établissant entre les ostéoclastes et d'autres types cellulaires impliqués dans la physiologie du tissu osseux. Dans une deuxième partie de mon travail, je me suis intéressée aux produits du gène Atp6v0a3, les protéines a3 et Tirc7. A3 est une protéine nécessaire à la fonction de résorption des ostéoclastes alors que Tirc7 est impliquée dans l'activation des lymphocytes T où elle est exprimée au niveau de la membrane plasmique. Les deux protéines présentent le même domaine C-terminal puisque la structure primaire de Tirc7 est identique à celle de a3, à l'exception des 216 premiers acides aminés situés à l'extrémité N-terminale et qui sont absents dans Tirc7. Sachant que le domaine C-terminal de Tirc7 est exprimé à l’extérieur de la cellule, et qu'il existe de multiples preuves des interactions fonctionnelles existant entre le lymphocyte T et l'ostéoclaste, nous avons émis l’hypothèse que le domaine extracellulaire de Tirc7 pouvait être physiquement impliqué dans ces interactions. En utilisant un peptide correspondant à ce domaine, nous avons démontré qu’il induisait directement la différenciation de précurseurs ostéoclastiques en cellules géantes multinucléées capables de résorption. Ces expériences nous ont permis de proposer que, en plus de la molécule Rankl, la protéine Tirc7 pourrait constituer un nouvel effecteur impliqué dans les interactions entre le lymphocyte T activé et les précurseurs ostéoclastiques. Enfin, en utilisant des cellules souches d'origine humaine, nous avons montré que le domaine C-terminal de la protéine Tirc7 exerçait aussi un effet stimulant sur la différenciation ostéoblastique et chondrocytaire, tout en inhibant la différenciation adipocytaire. Cette étude permet donc de mettre en évidence un lien existant potentiellement entre des cellules du système immunitaire exprimant le domaine C-terminal de Tirc7 à leur surface et les cellules du tissu osseux.

  • Titre traduit

    Study of osteoclastic differentiation in biomaterial intended to bone tissue engineering and study structure -function of gene products of Atp6v0a3 in osteoclastic differentiation


  • Résumé

    Bone tissue undergoes constant remodeling to maintain its homeostasis. Osteoclasts and osteoblasts are the two cell types responsible for this process. During my thesis, I focused primarily on the study of osteoclastogenesis. In a first part, I studied osteoclastogenesis within a 3D cell culture model using a composite biomaterial made of clotted plasma around microparticles of biphasic calcium phosphate (BCP). We demonstrated that this biomaterial provided osteoclast precursor cells with a microenvironment favoring their differentiation into osteoclasts. Moreover, we observed the production of pro-angiogenic factors, as well as the expression of SDF1, a chemoattractant molecule for mesenchymal stem cells (MSC). Together, our data suggest that, after a first step of resorption, osteoclasts present within the composite could promote vascularization and osteoblastic precursor cells recruitment, this accelerating the rate of new bone synthesis. Additional experiments are underway to study the interactions occurring within this biomaterial between osteoclasts and other cell types involved in the physiology of bone tissue. In a second part, I studied Atp6v0a3 gene products, namely a3 and Tirc7. A3 is a protein required for osteoclast functioning, and Tirc7 is involved in T lymphocyte activation. Both proteins display identical C-termini and, in activated T cells, Tirc7 C-terminal domain is express extracellularly. Considering the whole set of evidences documenting the interactions between T lymphocyte and osteoclasts, we hypothesized that Tirc7 C-terminus could be involved in cell-to-cell interactions between the two cell types. Using a peptide corresponding to the C-terminal portion of Tirc7 protein, we demonstrated that this peptide induced the differentiation of precursor cells into giant multinucleated cells capable of resorption. This experiment allowed us to propose that, in addition to Rankl, Tirc7 could constitute a novel effector involved in interactions between activated T lymphocytes and osteoclast precursor cells. Moreover, using human precursor cells, we demonstrated that the same peptide stimulated osteoblastic differentiation while adipocyte differentiation was inhibited. As a whole, these results evidenced potential interactions between immune cells expressing Tirc7 protein and bone tissue cells.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (162 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 156-162. Résumés en français et en anglais

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  • Bibliothèque : Université Nice Sophia Antipolis. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 10NICE4041
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