Une étude menée par les chercheurs de Weill Cornell Medicine montre que les vertèbres vertébrales proviennent d'un type unique de cellules souches qui sécrètent une protéine favorisant les métastases tumorales. Cette percée ouvre la voie à de nouvelles orientations de recherche sur les maladies de la colonne vertébrale, donne un aperçu des raisons pour lesquelles les tumeurs solides métastasent souvent dans la colonne vertébrale et pourrait conduire à de nouveaux traitements orthopédiques et anticancéreux.
Dans l’étude publiée dans Nature le 13 septembre, les chercheurs ont découvert que les vertèbres dérivent d’un type de cellule souche différent des autres cellules souches qui construisent les os. En utilisant des "organismes" ressemblant à des os fabriqués à partir de cellules souches de la colonne vertébrale, ils ont découvert que la tendance connue des tumeurs à se propager à la colonne vertébrale - plutôt qu'aux os longs tels que les os des jambes - est en grande partie due à une protéine appelée MFGE8 sécrétée par ces cellules souches.
"Nous soupçonnons que de nombreuses maladies orthopédiques qui impliquent préférentiellement la colonne vertébrale sont dues aux propriétés uniques des cellules souches vertébrales", a déclaré l'auteur principal de l'étude Matthew Greenblatt, MD, professeur agrégé de pathologie et de médecine de laboratoire au Weill Cornell Medical Center, membre du Sandra et Edward Meyer Cancer Center et pathologiste au NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center.
Ces dernières années, le Dr Greenblatt et d’autres scientifiques ont découvert que différents types d’os proviennent de différents types de cellules souches osseuses. Étant donné que les vertèbres se développent tôt dans la vie selon un chemin différent de celui des autres os, tels que les os des bras et des jambes, et semblent avoir une trajectoire évolutive unique, le Dr Greenblatt et son équipe ont émis l’hypothèse qu’il pourrait exister un type unique de cellules souches vertébrales.
Les chercheurs ont d’abord isolé les cellules souches squelettiques bien connues, qui génèrent tous les os et cartilages, à partir de différents os de souris de laboratoire, sur la base de marqueurs protéiques de surface connus des cellules souches squelettiques. Ils ont ensuite analysé l'activité génétique de ces cellules pour voir s'ils pouvaient trouver des modèles uniques de cellules associées à la colonne vertébrale.
Les nouvelles cellules souches qui forment la colonne vertébrale sont transplantées dans un organisme modèle et permettent de former des vertèbres miniatures (rouge). Les cellules tumorales du cancer du sein (en vert) envahissent les os, ce qui suggère que cette nouvelle cellule souche de la colonne vertébrale est responsable du recrutement des cellules cancéreuses du sein. Source : Dim juin
Ce travail a abouti à deux découvertes importantes. La première est que la nouvelle définition globale des cellules souches squelettiques, basée sur des marqueurs de surface, est plus précise. Cette nouvelle définition exclut un groupe de cellules non souches inclus dans l’ancienne définition des cellules souches, obscurcissant ainsi certaines recherches antérieures dans le domaine.
La deuxième découverte est que les cellules souches squelettiques provenant de différents os présentent des différences systématiques dans l’activité des gènes. Grâce à cette analyse, l'équipe a identifié un ensemble unique de marqueurs pour les cellules souches de la colonne vertébrale et a confirmé le rôle fonctionnel de ces cellules dans la formation des os de la colonne vertébrale dans d'autres expériences sur des souris et dans des systèmes expérimentaux de culture de cellules en boîtes.
Les chercheurs ont ensuite examiné l’attrait relatif de la colonne vertébrale par rapport à d’autres types d’os pour les métastases tumorales, notamment le cancer du sein, de la prostate et du poumon. La théorie conventionnelle des années 1940 suggérait que ce « tropisme spinal » était lié aux schémas de circulation sanguine et que la colonne vertébrale était plus sensible aux tumeurs métastatiques que les os longs. Mais lorsque les chercheurs ont reproduit le phénomène de tropisme spinal dans des modèles animaux, ils ont trouvé des preuves que le flux sanguin n'en était pas la cause. En fait, ils ont trouvé un indice pointant vers les cellules souches spinales comme possible coupable.
"Nous avons observé que le site d'ensemencement initial des cellules tumorales métastatiques se trouvait principalement dans la région de la moelle osseuse, où se trouvent les cellules souches de la colonne vertébrale et leurs cellules descendantes", a déclaré Jun Sun, Ph.D., premier auteur de l'étude et chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Greenblatt.
L’équipe a ensuite découvert que le retrait des cellules souches de la colonne vertébrale éliminait la différence de taux de métastases entre les os de la colonne vertébrale et les os longs. En fin de compte, ils ont déterminé que les cellules souches de la colonne vertébrale sécrètent davantage de protéine MFGE8 que les cellules souches des os longs et constituent un facteur majeur du tropisme de la colonne vertébrale. Pour confirmer la pertinence de ces résultats pour l'homme, l'équipe a collaboré avec des chercheurs de l'Hospital for Special Surgery pour identifier les homologues humains des cellules souches vertébrales de souris et caractériser leurs propriétés.
Les chercheurs explorent actuellement des moyens de bloquer MFGE8 afin de réduire le risque de métastases vertébrales chez les patients atteints de cancer. De manière plus générale, a déclaré le Dr Greenblatt, ils étudient comment les propriétés uniques des cellules souches vertébrales contribuent aux maladies de la colonne vertébrale.
"Il existe une sous-spécialité en orthopédie appelée orthopédie rachidienne, et nous pensons que la plupart des affections de cette catégorie clinique sont liées à cette cellule souche que nous venons d'identifier", a déclaré le Dr Greenblatt.