Remodelage osseux Aspects biologiques et moléculaires

1. Remodelage osseuxAspects biologiques et moléculaires Dr Anne Gomez-Brouchet Service d’Anatomie et Cytologie Pathologiques CHU Rangueil, Toulouse

2. Tissu osseux Cellules Matrice extra cellulaire calcifiée Ostéoblastes Ostéocytes Synthèse + Minéralisation Partie organique Fibres collagène type I Protéines non collagéniques Ostéocalcine Ostéonectine Thrombospondine Fibronectine Vitronectine Ostéopontine Protéoglycanes Partie minérale Hydroxyapatite Ca10(PO4)6(OH)2 Facteurs locaux Cytokines Facteurs de croissance Ostéoclastes Résorption

3. Os adulte normal Os Spongieux Corticale Osseuse

4. Os adulte normal Os Spongieux Corticale Osseuse

6. Ostéoblaste Ostéoclaste

7. Les 3 principales fonctions du tissu osseux Mécanique Protection Métabolique Rôle du remodelage Adaptation à la croissance Conservation des propriétés mécaniques Capacité d’adaptation Réparation fractures Disponibilité du calcium

8. Unité multicellulaire de base ou BMU

9. Cycle du remodelage

10. Cellule ostéoprogénitrice Chondroblastes Cellule pluripotente mésenchymateuse Ostéoblastes Adipocyte Myoblastes Origine et plasticité de l’ostéoblaste Sox 9 PPARγ2 Cbfa1/Runx2 MyoD

11. Différenciation Cellule précurseur Pré-ostéoblaste Ostéoblaste différencié PTH-R ALP COLL 1 OP BSP OC Différentiation de l’ostéoblaste Marqueurs ostéoblastiques

12. Production Molécules régulatrices solubles + Cytokines  Contrôle résorption osseuse/Ostéoclastes Fonctions de l’ostéoblaste Minéraliser la matrice organique osseuse  Densité de l’os Synthétiser la matrice organique osseuse  Volume de l’os

13. Contrôle de l’ostéoblaste Facteurs de transcription Interactions cellulaires Facteurs systémiques et locaux

14. Facteurs de transcription Cbfa1/Runx2 +++ Engagement Prolifération Différenciation Ostéoformation Facteurs régulateurs Dlx5 Régulateur positif de l’ostéoformation Msx2  Régulateur positif de l’ostéoformation Twist  Régulateur négatif de l’ostéoformation

15. Interactions cellulaires N-Cadhérine  Cbfa1/Runx2 +++ Connexines (Connexine 43) Ostéoformation

16. Facteurs systémiques Parathormone ou PTH Vitamine D Estrogènes Glucocorticoides

17. Parathormone ou PTH •  réabsorption du Ca ionisé •  Excrétion du phosphore • Active Hydroxylase 1a (Vitamine D Active) •  Résorption osseuse • Différenciation des ostéoclastes • Prolifération des ostéoclastes • - Effets anaboliques Ostéoformation • Conversion des cellules bordantes en ostéoblastes • Stimulation de l’expression par les ostéoblastes de • facteurs de croissance (IGF 1, TGF …) • Inhibition de la mort par apoptose des ostéoblastes Adénome parathyroïde

18. Vitamine D •  réabsorption du Ca ionisé •  Réabsorption du phosphore • Effets anaboliques à doses physiologiques  Ostéoformation • Action par VDR • Expression de gènes ostéoblastiques (OP, OC) • Effets anti-anaboliques à fortes doses • Différentiation et prolifération des ostéoclastes • Destruction du tissu osseux et mobilisation du calcium • Régulation de l’homéostasie calcique •   prolifération des cellules parathyroïdiennes ( PTH)

19. Estrogènes • Inhibition de la résorption ossseuse • Effets anaboliques •  différentiation et prolifération des ostéoblastes et des • précurseurs ostéoblastiques via  facteurs locaux (TGF , IGF) • - Effets anti-apoptotiques sur les ostéoblastes • Ostéoporose  « Maladie diffuse du squelette caractérisée par • une faible densité osseuse et des altérations du tissu osseux entraînant • une augmentation de la fragilité des os et la susceptibilité aux fractures ».Post ménopause •  Défaut de la balance Formation/Perte osseuse

20. Glucocorticoides • Inhibition de la formation osseuse • Effets anti-anaboliques •  différentiation et prolifération des précurseurs ostéoblastiques •  apoptose des ostéoblastes •  expression de RANKL et  expression de l’OPG • des cellules stromales et des ostéoblastes •   différenciation des ostéoclastes

21. BMPs • BMP-2 ++ • Expression gènes Ostéoblastiques Cbfa1/Runx2 ++ • TGF- • Production OPG  Activité de la collagénase IGFs FGF Facteurs locaux Favorisent Ostéoformation recrutement, différenciation Prolifération précurseurs ostéoblastiques et ostéoblastes Production de collagène de type I Anti-apoptose des ostéoblastes

22. Facteurs de transcription Facteurs de contrôle BMPs Glucocorticoides Cbaf1 FGF, TGF- PTH Msx2, Twist BMPs, TGF-, IGF Glucocorticoides, VIT D Cbaf1, Msx2 Dlx5, Twist BMPs, FGF, PTH Glucocorticoides Msx2 Contrôle de l’ostéoblaste Cellule souche mésenchymateuse Pré-ostéoblaste Prolifération cellulaire Ostéoblaste différencié Apoptose

23. Cytokines IL6 Résorption osseuse  Action directe sur les précurseurs ostéoclastiques  Stimule l’expression par les ostéoblastes des facteurs qui déclenchent différenciation et prolifération ostéoclastique  Ménopause: Corrélation taux IL6/Résorption osseuse IL11 Formation osseuse  Action directe sur les précurseurs ostéoblastiques  Augmente l’action de BMP-2  différenciation et prolifération ostéoblastique • IL1 et TNF  •  la résorption par les ostéoclastes •  la formation osseuse par les ostéoblastes

24. Ostéocytes • Cellules de la matrice osseuse • Forment un réseau de communication • Cellules « signal d’alarme »  détectent les « besoins osseux »

25. Signalisation Wnt/β Caténine Liaison à un complexe récepteur membranaire (RCPG et R LPR) Rôle important dans la biologie du remodelage osseux + • Masse osseuse • ostéoblastogénèse • Inhibition de l’apoptose des ostéoblastes Cible thérapeutique dans l’ostéoporose et le myélome

26. Origine et différenciation des ostéoclastes RANKL

27. Système RANKL/RANK/OPG RANKL Protéine liée à la membrane cellulaire Synthétisée par les cellules du stroma médullaire, les ostéoblastes, les ostéoclastes  Différenciation Maturation ostéoclastes RANK Récepteur transmembranaire de RANKL Famille des récepteurs du TNF Expression unique dans les ostéoclastes  Différenciation Survie ostéoclastes OPG (Ostéoprotégérine) Récepteur leurre se liant à RANKL Famille des récepteur du TNF Synthétisée par les ostéoblastes  Inactivation de la Différentiation, Maturation, survie ostéoclastes

28. RANKL OPG (ostéoprotégérine) MCS-F préostéoclastes RANK Ostéoclastes Macrophages Monocytes Précurseurs hématopoiétiques Système RANKL/RANK/OPG

29. Régulation des ostéoclastes Différenciation, Fusion, Activation, Survie, Apoptose Système RANKL/RANK/OPG PTH/Vitamine D IL6, IL1 TNF α Glucocorticoides TGF-β Estrogènes BMPs Ostéoformation/Résorption OPG/RANKL

30. Mécanisme de la résorption osseuse R Facteurs de Croissance Intégrines Excréteurs Acide et Base NA+/H+ et HCO3-/CL- Enzymes lysosomales Métalloprotéases Pompe à protons ATP

31. Podosomes Contenant les plaques d’adhésion focale Réorganisation du cytosquelette d’actine Motilité des ostéoclastes Dans les plaques d’adhésion focale  Intégrine α5 β3 (Récepteur Vitronectine) c-Src, PyK2 ou FAK

32. Contrôle des ostéoclastes Après un nombre déterminé de cycles de Migration/Résorption Apoptose de l’ostéoclaste Rôle Anti-ostéoclastique Estrogènes via TGF-β Calcitonine Biphosphonates en thérapeutique

33. En pathologie quelques exemples Importante résorption dans Hyperparathyroidie Maladie de Paget Tumeurs osseuses primitives Métastases osseuses Imagerie  Ostéolyse

34. Hyperparathyroidie Hyperparathyroïdie primaire sur adénome hyperparathyroïdien

36. Stroma fibreux Ostéoclastes Remaniements hémorragiques

37. Aspect dit « en timbre de poste »

38. Lacune excentrée bien limitée de l’épiphyse inférieure du radius

39. Tumeur Brune de Recklingausen

40. Maladie de Paget

41. Tumeur osseuse maligne primitive Ostéosarcome

42. OS de type ostéoblastome Tumeur osseuse maligne primitive Ostéosarcome

43. Métastases osseuses

44. Remodelage osseux en pathologie expérimentale

45. Os vert Sang + Tissu fibreux + cellules inflammatoires ROUGE Fragment gris= ciment

46. Os vert Sang + Tissu fibreux + cellules inflammatoires ROUGE Fragment gris= ciment

47. Os vert Fragment gris= ciment BORDURE Ostéoblastique

48. OSTEOBLASTE = cellules noires Os vert BORDURE Ostéoblastique vx CIMENT Vaisseaux et tissu fibreux ROSE OU ROUGE