Soutenance mémoire
L’articulation : structure et fonction
Structure globale
Une articulation se compose de deux os en regard, recouverts à leurs extrémités de cartilage articulaire, tissu conjonctif élastique. Il assure la lubrification des surfaces de contact entre les deux extrémités osseuses, permettant ainsi leur glissement l’une contre l’autre (Figure 1). Les deux épiphyses osseuses du tibia et du fémur sont reliées en périphérie par la capsule articulaire, tissu conjonctif fibreux assurant la stabilité de l’articulation. Ce tissu est doublé par les ligaments, les tendons et les muscles de l’articulation et délimite avec les surfaces cartilagineuses la cavité articulaire. Cette dernière est tapissée par la membrane synoviale, composée des synoviocytes, capable de sécréter le liquide synovial qui permet de nourrir et de lubrifier le cartilage (Blalock 2015).
Au niveau des épiphyses du tibia et du fémur, se trouvent les ménisques qui sont des structures fibrocartilagineuses développées notamment dans l’articulation du genou. Ils jouent un rôle important dans la stabilité des articulations, la répartition des contraintes et l’amortissement de l’articulation (Blalock 2015). Par conséquent, une déstabilisation du ménisque peut entraîner une augmentation des contraintes mécaniques subies par l’articulation et une perte de l’intégrité du cartilage articulaire.
Les différents tissus de l’articulation sont étroitement interdépendants et liés entre eux par une communication constante afin d’assurer la mobilité de notre squelette et l’amortissement des contraintes mécaniques liées aux mouvements.
Cartilage articulaire
Structure et composition du cartilage articulaire
Le cartilage est un tissu conjonctif hautement spécialisé. Il recouvre les deux extrémités osseuses d’une articulation afin de leur permettre de glisser l’une contre l’autre avec un minimum de frictions. Chez l’homme, son épaisseur varie selon l’articulation, de 2 à 4 mm pour la hanche contre 6-7 mm pour le genou. Il permet, grâce à sa structure originale et ses propriétés viscoélastiques, d’amortir et de distribuer les chocs mécaniques appliqués sur l’articulation (Zhang et al. 2015). Contrairement à la plupart des tissus, il est ni vascularisé ni innervé. Il se compose majoritairement d’une matrice extracellulaire (95%) et d’une unique population cellulaire, les chondrocytes (Zhang et al. 2015) (Figure 2). Son architecture et sa composition sont strictement réglés par les chondrocytes en réponse à des changements chimiques et mécaniques (Glyn-Jones et al. 2015).
Les chondrocytes
Les chondrocytes sont des cellules résidentes du cartilage articulaire de 10 à 30 µm de diamètre représentant environ 2% du volume total du cartilage articulaire (He et al. 2014). Leur forme, nombre et taille varient en fonction de la zone du cartilage (Sophia Fox et al. 2009). Ils sont généralement arrondis ou polygonaux sauf aux limites des tissus où ils peuvent être aplatis (Archer et Francis-West. 2003). Ils dérivent des cellules souches mésenchymateuses au cours du développement embryonnaire. Le facteur de transcription Sox9 est l’un des premiers marqueurs exprimés lors de cette différenciation. Il est indispensable pour l’expression du collagène de type II ainsi que d’autres protéines spécifiques de la matrice (COL11A2 et CD-RAP) (Goldring et al. 2006). Les chondrocytes sont isolés au sein de la matrice extracellulaire. En raison de l’absence de vascularisation au sein du cartilage, ils sont en conditions d’hypoxie (Murphy et al. 2009). Sans apport direct des nutriments par des vaisseaux sanguins ou lymphatiques, les chondrocytes dépendent principalement du métabolisme anaérobie (Sophia Fox et al. 2009). Malgré cet isolement, les chondrocytes possèdent tous les organites nécessaires pour assurer l’homéostasie du tissu .
Dans les conditions physiologiques, les chondrocytes maintiennent l’équilibre entre la synthèse et la dégradation des composants de la matrice extracellulaire, régulant de cette manière l’intégrité structurelle et fonctionnelle du cartilage (Musumeci et al. 2011, Houard et al. 2013). Ils jouent aussi un rôle dans la mécano-transduction permettant de modifier leur métabolisme en réponse aux modifications physico chimiques dans le microenvironnement (Abramson et Attur. 2009). Ils détectent les contraintes mécaniques et les changements dans la MEC, essentiellement par des récepteurs pour les composants de la MEC. Les récepteurs aux intégrines, par exemple sont capables de répondre aux stimuli mécaniques ou inflammatoires entraînant une régulation positive des protéases matricielles (aggrécanases et collagénases) (Houard et al. 2013).
La matrice extracellulaire cartilagineuse :
La matrice extracellulaire cartilagineuse (MEC) se compose majoritairement d’eau (60-80% du poids total), des fibres du collagène (~15%), de protéoglycanes (~9%) et des glycoprotéines (~5%) (Zhang et al. 2015) :
– Les collagènes représentent le composant le plus abondant de la MEC. Le collagène de type II représente 90 à 95% de l’ensemble des collagènes. On retrouve aussi les collagènes de types I, IV, V, VI, IX et XI avec une proportion mineure mais qui assurent la stabilisation de réseau des collagène de type II (Sophia Fox et al. 2009). L’ensemble de ces collagènes forment un réseau tridimensionnel qui confère au tissu sa résistance et sa rigidité face aux déformations (Aigner, Sachse et al. 2006).
– Les protéoglycanes sont des protéines fortement glycosylées constituées d’un noyau protéique auquel s’attachent plusieurs chaines de glycosaminoglycanes (GAG) de façon covalente (He et al. 2014). L’aggrécane est le protéoglycane le plus abondant possédant plus de 100 chaines de chondroitine sulfate et de kératane sulfate. Il est caractérisé par sa capacité à interagir avec l’acide hyaluronique par le biais de protéines de liaison (Sophia Fox et al. 2009). L’aggrécane avec l’acide hyaluronique contribuent à la lubrification et la viscoélasticité du tissu (Dudhia 2005). Le cartilage articulaire contient d’autres protéoglycanes tels la décorine, le biglycane et la fibromoduline caractérisées par leur capacité d’interagir avec le collagène (Sophia Fox et al. 2009).
– Les glycoprotéines, comme la fibronectine sont aussi présentes dans la MEC. Elles sont capables de se fixer aux collagènes et aux protéoglycanes (Bosman et Stamenkovic 2003) permettant ainsi d’augmenter la résistance du tissu.
– -Les protéines non collagéniques comme COMP (cartilage oligomeric protein) existent dans la MEC. Cependant, leurs fonctions restent mal connues. Malgré cela, COMP est utilisé actuellement comme un biomarqueur sanguin, urinaire et synovial reflétant la dégradation du cartilage (Valdes et al. 2014, Hunter et al. 2007).
L’ensemble des composants de la MEC contribuent à la rétention d’eau, indispensable pour maintenir les propriétés mécaniques de la matrice (Sophia Fox et al. 2009).
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Table des matières
INTRODUCTION
Données bibliographiques
A. L’articulation : structure et fonction
1. Structure globale
2. Cartilage articulaire
2.1. Structure et composition du cartilage articulaire
2.2. Organisation du cartilage articulaire
2.3. Homéostasie du cartilage articulaire
3. Os sous-chondral
3.1. Structure et Fonction
3.2.1. La matrice osseuse
3.2.2. Les cellules osseuses
B. L’arthrose
1. Définition, prévalence et incidence
2. Facteurs de risque
3. L’arthrose est une maladie multi-tissulaire
4. Modèles animaux arthrosiques
5. Tissus articulaires arthrosiques
5.1. Cartilage articulaire arthrosique
5.1.1. Modifications macroscopiques et histologiques
5.1.2. Modifications matricielles
5.1.3. Modifications cellulaires
5.1.4. Rôle des enzymes protéolytiques dans la dégradation du cartilage
5.2. L’os sous-chondral arthrosique
5.2.1. Caractéristiques de l’os sous-chondral arthrosique
5.2.2. Effet du stress mécanique sur l’os sous-chondral
6. Communication entre l’os sous-chondral et le cartilage: rôle dans l’arthrose
6.1. Mise en évidence des interactions entre os sous-chondral et cartilage au cours de l’arthrose
6.1.1. Lien entre le remodelage osseux et la dégradation du cartilage
6.1.2. Lien entre la formation des œdèmes médullaires, des kystes sous-chondraux et des ostéophytes et la dégradation du cartilage
6.2. Interactions mécaniques entre os et cartilage
6.3. Interactions biochimiques entre os et cartilage
6.4. Modèles d’étude de la communication os/cartilage
6.4.1. Modèles de co-culture directe ostéoblastes/chondrocytes
6.4.2. Modèle de co-culture indirecte ostéoblastes/chondrocytes
6.5. Structures impliquées dans la communication biochimique entre os et cartilage
6.6. Médiateurs identifiés dans la communication os/cartilage
C. Les protéines 14-3-3
1. Structure
2. Fonctions intracellulaires
3. Régulation
4. Implications pathologiques
5. Les protéines 14-3-3 extracellulaires
5.1. Mécanisme de sécrétion des protéines 14-3-3
5.2. Les fonctions des protéines 14-3-3 sécrétées
D. CD13/APN
1. Structure et mécanismes d’action
1.1. Structure
1.2. Mode d’action
1.3. Fonctions biologiques
1.3.1. Fonction enzymatique
1.3.2. Fonction de récepteur et de transduction du signal
2. Implications pathologiques
2.2. CD13/APN : une cible thérapeutique
2.2.1. Anticorps bloquants et inhibiteurs pharmacologiques
2.2.2. Modèles in vivo de CD13/APN : Souris invalidées pour CD13/APN
CONCLUSION
