Eléments de pathologie cellulaire

1. Eléments de pathologie cellulaire Le réponse cellulaire à une agression

2. Eléments de pathologie cellulaire • DEFINITIONS • ADAPTATION CELLULAIRE ET TISSULAIRE • LESIONS CELLULAIRES ET MORT CELLULAIRE

3. DEFINITIONS Homéostasie L'homéostasie représente la stabilisation des différents constituants d'une cellule qui répond aux demandes physiologiques normales. Elle s’applique à la cellule ou à l’organisme tout entier. Adaptation cellulaire Il s'agit des modifications fonctionnelles et morphologiques de la cellule liées à des exigences soit pathologiques, soit physiologiques plus importantes ou différentes. Lésions cellulaires et mort cellulaire Les lésions cellulaires représentent une perturbation dans l'organisation normale d'une cellule. Elles sont la conséquence d'une suite d’événements survenant lorsque l’adaptation est impossible ou dépassée. Il peut s'agir de lésions réversibles ou de lésions irréversibles dont l'aboutissement est la mort cellulaire par nécrose. Il existe 2 types de mort cellulaire, toutes 2 irréversibles: la nécrose et l'apoptose.

4. II. ADAPTATION CELLULAIRE ET TISSULAIRE Définition = L'adaptation cellulaire ou tissulaire se caractérise par des modifications morphologiques et physiologiques d’une cellule ou d’un tissu pour ajuster leur activité à une variation de la demande physiologique ou à des conditions pathologiques. Ces modifications sont réversibles. Elles peuvent porter sur: • La croissance cellulaire • Hyperplasie • Hypoplasie/Aplasie • La taille des cellules • Hypertrophie • Atrophie • La différenciation cellulaire • Métaplasie • Dysplasie

5. Hyperplasie, hypoplasie/aplasie • Le renouvellement cellulaire maintient l'homéostasie par un équilibre entre la division cellulaire et la mort cellulaire. • Le taux de renouvellement est variable selon le type cellulaire. • Il existe des tissus à renouvellement rapide: épiderme, épithélium digestif, cellules sanguines, ...; • d'autres sont à renouvellement lent: foie, muscle, .... • Certains sont enfin constitués de cellules permanentes, incapables de se diviser: cellules myocardiques, neurones, … Les lésions du cœur et du cerveau sont irréversibles car il n’y a pas de renouvellement cellulaire.

6. Hyperplasie Définition . Il s'agit de l'augmentation du nombre des cellules d’un tissu ou d’un organe dans les tissus capables de se diviser. + Elle est parfois associée à une hypertrophie cellulaire. Mais c’est différent d’une hypertrophie qui est une augmentation du volume cellulaire. Elle est souvent associée à une augmentation du volume de l’organe. Exemples: 1. Hyperplasie physiologique: - hormonale: glande mammaire (puberté et grossesse), endomètre au cours du cycle menstruel - compensatrice: régénération hépatique après hépatectomie partielle, hyperplasie érythroblastique au cours des anémies hémolytiques 2. Hyperplasie pathologique: - stimulation hormonale excessive: hyperplasie de l’endomètre au cours des hyperoestrogénies qui provoque hémorragie et cancer, goitre thyroïdien en cas de déficit d’iode car hyperstimulation sans fit back négatif.- inflammation: hyperplasie des fibroblastes et des cellules endothéliales dans la réparation tissulaire, hyperplasie épithéliale au cours des inflammations virales (verrue cutanée), un virus cutané ou papilloma virus est parfois précancéreux sur la peau mais est aussi impliquer dans le cancer du col de l’utérus. Quand elle est pathologique, elle est souvent associée à une tumeur

7. Hypoplasie/Aplasie Définition Il s'agit de la diminution du nombre des cellules dans un tissu ou d’un organe par arrêt ou diminution de la division cellulaire. Exemples 1. Hypoplasie physiologique: • sénescence: endomètre, testicules, ... 2. Hypoplasie/Aplasie pathologique: • radiations ionisantes ou toxiques: aplasie médullaire • Les médicaments comme le chloramphenicol (antibiotique avec surtout des problèmes chez les nouveaux nés), le métamisol (anti stéroïdien contre la douleur et la fièvre) sont toxique pour la moelle.

8. Hypertrophie cellulaire Définition . Il s'agit de l'augmentation de la taille de la cellule par augmentation de son activité fonctionnelle. Mais pas d’augmentation du nombre de cellules donc non cancéreuse. Exemples d'hypertrophie physiologique, par activité métabolique ou mécanique excessive, (parfois associée à une hyperplasie cellulaire): • hypertrophie des cellules myocardiques par surcharge hémodynamique chronique - hypertrophie des cellules musculaires striées squelettiques des sportifs (augmentation du nombre des myofilaments et augmentation des capacités musculaires) - hypertrophie rénale compensatrice - hypertrophie du myomètre

9. Une hypertrophie cardiaque par hypertension se produit car le cœur doit effectué des contraction sous forte pression. Cela peut durer 20ou 30 ans puis il y a insuffisance cardiaque car il n’y a pas suffisamment de mitochondries et donc d’ATP. L’hypertension est provoquée par l’angiotensine 2 qui est une hormone stimulant une augmentation de la fréquence cardiaque. Elle est sécrétée par le rein. Traitement : inhibiteur d’enzyme. NB: L'hypertrophie d’un tissu ou d’un organe est une augmentation de volume d’un tissu ou d’un organe par augmentation de son activité fonctionnelle. Elle peut être liée soit à une hyperplasie cellulaire, soit à une hypertrophie cellulaire, soit à l’association des deux. Pour exemples: l'hypertrophie rénale compensatrice surtout par augmentation de taille des cellules alors que la division cellulaire est peu ou pas accrue (inhibiteurs de croissance?); l'hypertrophie du myomètre au cours de la grossesse par hypertrophie et hyperplasie des cellules musculaires lisses.

10. Atrophie cellulaire Définition Il s'agit de la diminution de la taille d’une cellule par diminution de son activité fonctionnelle. L’atrophie est en rapport avec une diminution des différents constituants structuraux de la cellule. Exemples 1. Atrophie physiologique: - sénescence - myomètre après l’accouchement 2. Atrophie pathologique par: - diminution de l’activité: atrophie des fibres musculaires striées squelettiques d'abord isolée, puis s'accompagnant d'une hypoplasie en cas d'immobilisation prolongée - diminution des apports sanguins: atrophie rénale, cérébrale - malnutrition: atrophie du muscle strié - dénervation NB: L'atrophie d’un tissu ou d’un organe est une diminution de la taille d’un tissu ou d’un organe par diminution de son activité fonctionnelle. Elle est liée à une atrophie cellulaire et/ou à une hypoplasie cellulaire.

11. Métaplasie Définition . La métaplasie est la transformation d’un tissu adulte normal en un autre tissu adulte normal de structure et de fonction différentes. Il s'agit d'une adaptation réversible d’un tissu liée à une agression. Elle s'observe surtout au niveau des tissus épithéliaux, pouvant également intéresser les tissus conjonctifs. Elle est souvent pathologique et cancéreuse. Pathogénie La métaplasie peut être considérée comme une reprogrammation des cellules souches des épithéliums ou des cellules souches mésenchymateuses, ces cellules souches se différenciant alors selon de nouvelles voies. Exemples Tissu épithélial Il s'agit de la métaplasie la plus fréquente, avec, le plus souvent, remplacement d’un épithélium cylindrique par un épithélium malpighien: - métaplasie malpighienne de l’épithélium bronchique (cancer squameux) (tabac) - métaplasie malpighienne de l’endocol au cours des cervicites - métaplasie intestinale de la muqueuse gastrique au pourtour d'un ulcère - métaplasie cylindrique de type intestinal de l’œsophage dans le reflux gastro-œsophagien (endobrachyoesophage) l’épithélium se kératinise, précancéreux. Tissu conjonctif - métaplasie osseuse des cartilages bronchiques - ossification des cicatrices: ostéome des cavaliers, les fibroblastes deviennent des ostéoblastes su les cicatrices.

12. Dysplasie Définition. C'est la réponse adaptative par laquelle un type de cellule mature est remplacé par des cellules de rechange situées au repos dans les couches profondes (+capacité ↓ de maturation) Les facteurs prédisposants: inflammation chronique + F. La croissance • Ex:Épithélium pluristratifié de exocolL'épithélium urinaireLes flambées de métaplasie épidermoïde (bronches, endocol) • D.p.d.v. Anat- simple- modérée- Sévère = des lésions précancéreuses Quand elle est non adaptative mais cancéreuse, il y a un dépassement de la capacité de renouvellement, disparition des cellules matures en surface de l’endothélium, présence que de cellules immatures incapables de maturer.

13. LESIONS CELLULAIRES ET MORT CELLULAIRE Lésions cellulaires . Il s'agit de l'atteinte de la fonction et de la structure des cellules liée à une séquence d'événements apparaissant lorsque la cellule a dépassé ses possibilités d’adaptation à un stimulus. Les lésions cellulaires peuvent être réversibles. Si la cause persiste, les lésions atteignent un point de "non retour", aboutissant à une lésion cellulaire irréversible et à la mort cellulaire. La mort cellulaire Il s'agit du terme ultime de la lésion cellulaire aiguë induite par divers stimuli. On décrit schématiquement 2 types de mort cellulaire: Lanécrose - Elle est habituellement liée à un stimulus exogène. - Elle déclenche le processus inflammatoire. - L'exemple le plus classique en est la nécrose de coagulation. - Elle est accidentelle suite à une hypoxie, une intoxication. L’ apoptose - ou mort cellulaire programmée - Elle ne déclenche pas le processus inflammatoire mais provoque un afflux d'histiocytes qui se transforment en macrophages résorbant les débris cellulaires. - Elle passe inaperçue. ! NB: Bien que les mécanismes de la nécrose et de l'apoptose soient différents, il existe un chevauchement entre ces deux processus.

14. La nécrose • Définition . La nécrose est l'ensemble des modifications morphologiques qui suivent la mort cellulaire d’un tissu vivant. • Causes des lésions cellulaires et de la nécrose. Il s'agit habituellement d'une agression exogène à la cellule: • Insuffisance d'apport en oxygène: l'hypoxie et l'ischémie sont les causes les plus fréquentes des lésions cellulaires et de la mort cellulaire • Agents physiques: brûlures, radiations, choc électrique etc. • Agents chimiques et médicaments • Agents infectieux • Réactions immunologiques • Déséquilibres nutritionnels

15. Mécanismes des lésions cellulaires et de la nécrose • Ils interviennent sur les 4 systèmes intracellulaires les plus vulnérables, étroitement liés les uns aux autres: • le maintien de l'intégrité des membranes cellulaires, • la respiration en aérobie, • la synthèse protéique • la préservation de l'intégrité de l'appareil génétique de la cellule. • Quelle que soit la cause, les mécanismes communs les plus importants dans l'apparition d'une lésion cellulaire ou d'une mort cellulaire par nécrose sont: • la déplétion en ATP (hypoxie +++), la cellule devient anaérobie avec synthèse d’acide, le pH cellulaire diminue et les enzymes lysosomiales mange la cellule. Il y a un bocage de la pompe membranaire Na/K et Na et eau entrent dans la cellule (gonflement) avec une augmentation du Ca qui est un poison cellulaire. • l'excès de radicaux libres dérivés de l'oxygène (toxiques, inflammation etc.), • l'augmentation du calcium intracellulaire, • l'altération de la perméabilité des membranes cellulaires • les lésions mitochondriales irréversibles. • Le type de description le plus classique est celui des lésions liées à l'hypoxie et à l'ischémie, par diminution de l'apport d'oxygène à la cellule.

16. Lésions cellulaires réversibles 1. Mécanisme - Le point d'attaque est la respiration cellulaire aérobie. La diminution d'apport d'oxygène à la cellule est responsable d'une diminution de la phosphorylation oxydative des mitochondries aboutissant à un déficit en ATP. - Le déficit en ATP (source d'énergie habituelle) est responsable: • d'une diminution du fonctionnement de la pompe à sodium membranaire, avec pour corollaire une accumulation intracellulaire de sodium, d'eau et de calcium; • d'une augmentation de la glycolyse anaérobie avec diminution du glycogène intracellulaire et diminution du pH intracellulaire; • d'une désorganisation de l'appareil de synthèse protéique avec détachement des ribosomes du réticulum et dissociation des polysomes en monosomes, ce qui diminue la synthèse protéique. 2. Morphologie - Gonflement cellulaire - Gonflement des mitochondries - Dilatation du réticulum endoplasmique et dispersion des ribosomes

17. Lésions cellulaires irréversibles Mécanisme . Le point de "non retour" des lésions réversibles semble en grande partie lié aux altérations importantes du fonctionnement des membranes cellulaires. Plusieurs mécanismes peuvent être en cause, la plupart liés à une augmentation du calcium intracellulaire par déficit profond en ATP: - Dysfonctions mitochondriales irréversibles avec augmentation du Ca intramitochondrial → modifications de la perméabilité des membranes de la mitochondrie; - Perte des phospholipides membranaires par activation de phospholipases endogènes calcium-dépendantes; - Anomalies du cytosquelette par activation de protéases endogènes Ca-dépendantes; - Lésions des membranes et constituants cellulaires par excès de radicaux libres dérivés de l'oxygène, surtout en cas de réapparition du courant sanguin; - Accumulation de produits de dégradation lipidique détériorant ou s'intégrant aux membranes, modifiant leur perméabilité (rôle des phospholipases endogènes calcium-dépendantes); - Perte des acides aminés intracellulaires. ! La lésion des membranes lysosomiales libère leurs enzymes dans le cytoplasme de la cellule. L'activation de ces enzymes aboutit à la digestion enzymatique des composants cellulaires.

18. Aspect morphologique de la nécrose • L'aspect morphologique de la nécrose est le résultat de deux processus compétitifs: → digestion enzymatique de la cellule et → dénaturation des protéines. Il y a donc 2 processus de 2 types différents en microscopie. De plus si on a l’un on ne peut pas avoir l’autre. • Si les modifications biochimiques et ultrastructurales apparaissent après quelques minutes, les lésions microscopiques ne sont visibles qu'après 4 à 12 heures.

19. Nécrose tissulaire Au sein d'un tissu, la masse des cellules nécrosées du tissu peut présenter différents aspects selon la prédominance des phénomènes de dénaturation des protéines ou ceux de digestion enzymatique des cellules. - Nécrose de coagulation * caractéristique de la mort cellulaire par hypoxie (sauf dans le tissu cérébral).* prédominance des phénomènes de dénaturation des protéines → l’acidose dénature les enzymes et bloque la protéolyse - Nécrose de liquéfaction * étiologie : infections bactériennes (car inflammation avec des phagosomes et beaucoup d’enzymes), infarctus cérébral * digestion protéolytique des cellules mortes - Autre type de nécrose: nécrose caséeuse retrouvée dans la tuberculose et les infections fongiques. Il s'agit d'une variante de la nécrose de coagulation Il existe aussi les nécroses lipidiques du pancréas.

20. L'apoptose • L'apoptose ou mort cellulaire programmée a été décrite en 1972 par KERR. Destinée à éliminer des cellules indésirables, elle est indispensable au maintien de l’homéostasie. • L'apoptose résulte d'une cascade complexe d'événements au centre desquels la mitochondrie et les caspases joueraient un rôle clef. • Les caspases sont les enzymes effectrices du mécanisme apoptotique. Rôle de l'apoptose • Physiologique - développement embryonnaire (apoptose du tissu interdigital) - homéostasie des épithéliums (cryptes intestinales, endomètre, etc.) • En pathologie - mort des cellules anormales (cancéreuses) - mort des cellules infectées par des virus (hépatite (apoptose important des hépatocytes visible en microscopie optique sous forme de corps de Kancelman), VIH..) - mort des polynucléaires dans l’inflammation - mort des cellules immunitaires dans l’inflammation : lymphocytes T et B

21. Mécanisme de l'apoptose • L'apoptose résulte d'une succession d’événements moléculaires : la cascade apoptotique. Celle-ci se déroule en 3 phases: I. Phase d’induction, II. Phase de décision , III. Phase d’exécution I. Phase d’induction . De très nombreux facteurs peuvent déclencher l'apoptose, que ce soient: - des facteurs externes, comme la chimiothérapie, les radiations ionisantes etc., - des facteurs endogènes. Parmi ces derniers, les plus connus sont: • fas/fas ligand: fas est un membre de la superfamille des récepteurs NGF/TNF qui peut induire l'apoptose après sa liaison avec fas ligand ou des anticorps anti-fas. • p53: gardien du génome, la p53 induit l'apoptose de la cellule lorsque les lésions de l'ADN sont trop importantes pour être réparées. Si la lésion génétique est petite elle est réparée par la télomérase. • granzyme/perforine: les lymphocytes T cytotoxiques entraînent l'apoptose cellulaire par l'intermédiaire de ce système.

22. Mécanisme de l'apoptose II. Phase de décision Les mitochondries sont l'élément-clé de cette phase. - Lorsque l'apoptose est induite, il existe une libération de protéines mitochondriales (cytochrome C, AIF etc.), déclenchant la phase d’exécution. - Cet événement est contrôlé par les protéines de la famille bcl-2, localisées sur la mitochondrie. - Chacune des molécules de la famille bcl-2 est connue pour avoir un rôle soit anti-apoptotique (bcl-2, bcl-xL, ...) soit pro-apoptotique (Bax, Bcl-xS, bak...). - Elles agissent en homo- ou hétérodimères, la fonction résultante sur la sensibilité de la cellule à l'apoptose étant directement liée à la quantité respective des différentes molécules.

23. Mécanisme de l'apoptose III. Phase d’exécutionLes caspases(surtout 3 et 9) sont l'élément-clé de cette phase. Présentes sous formes inactives, leur activation va être à l'origine de deux éléments essentiels permettant d'identifier l'apoptose: le clivage de l’ADN et le clivage protéique. - Clivage de l'ADN = clivage internucléosomique en fragments de 180 à 200 pb , par des endonucléases dépendantes du Ca++ et du Mg++ , visible après migration sur gel d’agarose , précède l’apparition des anomalies morphologiques - Clivage protéique est a l'origine des anomalies morphologiques, il se traduit par: * la dissociation de l’enveloppe nucléaire * la dissociation des protéines du cytosquelette → la formation de bulles cytoplasmiques avec fragmentation de la cellule en plusieurs fragments contenant ou non du matériel chromatinien: ce sont les corps apoptotiques. ! La cellule apoptotique, par la composition des protéines exposées sur sa membrane, explique sa reconnaissance précoce par le système phagocytaire et l'absence de processus inflammatoire.

24. L'apoptose dans la hépatite aigue hjgj Corps Councilman Hépatocytes apoptotiques apparaissent comme deset corps ronds, sans noyau, éosinophiles Councilman a observé au cours de la ”fièvre jaune”

25. Systèmes intracellulaires sensibles à l'agression • La respiration aérobique (phosphorylation oxydative, la synthèse d'ATP) • L'intégrité des membranes • La synthèse des protéines enzymatiques et structurelles • L'intégrité de l'appareil cellulaire génétique

26. Les causes des lésions cellulaires 1. L'hypoxie2. Les produits chimiques, médicaments, toxiques3. Les agents physiques4. Les agents microbiologiques5. Les réactions immunologiques6. Les erreurs génétiques7. Des causes nutritionnelles8. L'âge (sénescence)

27. L'hypoxie • une disproportion entre les besoins (peut-être ↑) et admission (peut↓) O2- Apport insuffisant. O2: hypoxemie d'altitude - Obstruction des voies respiratoires:- Oxygénation insuffisante du sang dans les maladies pulmonaireet les maladies cardiaques- Le transport inadéquat de l'O2 dans le sang: anémie- diminution de la perfusion tissulaire (insuffisance cardiaque)- Inhibition de la respiration cellulaire (intoxications – enzyme respiratoire cellulairebloquée par de substances toxiques - HCN)

28. Les changements réversible si l'oxygénation reprend •  O2 => dans les mitochondries: la phosphorylation oxydative  => La production d'ATP =>- perméabilité de la membrane cellulaire- activité de la pompe membranaire (Na + / K + ATP-ase) = liquide> interstitielle:. Na + et de l'eau entra dans la cellule → cellule gonfle = intumescents clairs = K +sort hors de la cellule • glycolyse anaérobie ↑→ PH ↓ (amplifié par l'absence de l'ATP) → détachement de la chromatine des ribosomes du RER

29. Les changements iréversible • ATP ↓ => ↑ → AMP active la glycolyse (respiration anaérobie), ce qui diminue (efface) les réserves de glycogène. • => ↓ pH (l`accumulation d`acide lactique et des phosphates de l'ATP de la glycolyse et phospholipides) • pH acide inhibe tous les enzymes, sauf les enzymes lysosomales • => La libération des hydrolases lysosomales => l`autolyse cellulaire = irréversibilité de la lesion

30. La lesion iréversible • = L`incapacité de récupération de la fonction mitochondriale (manque de la phosphorylation oxydative et la génération de l'ATP) l'altération profondede la fonction de la membrane= • l'oxygénation brutale données des ‘’lésions de reperfusion ‘’ produits par radicaux libres de l'O2

31. Les radicaux dérivés de l'oxygène • sont des atomes ou des molécules instables avec des électrons célibataires sur la couche externe qui se propage par des réactions autocatalytiques; • normalement formées en petites quantités lors de la respiration cellulaire • sont inactivés par les enzymes; dans les conditions de lésion peut ne pas être suffisamment efficace

32. Les radicaux dérivés de l'oxygène • Espèces réactives de l'O2: O2, H2O2, OH- • Espèces réactives NO: NO2 NO3-ONOO • Espèces réactives de CCl4 • Facteurs libre de séquences de protéines ou de l'adénosine • Sont la voie finale pour l'action des : • substances chimiques toxiques • Les rayonnement • Toxicité O2 et d'autres substances gazeuses • le vieillissement cellulaire • Destruction microbienne par les cellules phagocytaires • Inflammation et ATS (athérosclérose) • Destruction tumorale par les macrophages • Nécessite la présence de Fe3+ (catalytique) - R. Fenton

33. Mécanismes d’agression cellulaire induite par les radicaux libres Ils détruisent les cellules par ces mécanismes: • La peroxydation lipidique des membranes- en particulier les membranes plasmiques des mitochondries et de RE • L'altération oxydative des protéines - "cross-linking" - réticulation de AA labiles (metionna, la cystéine, la lysine) médiée par sulfhydryle • La destruction d'ADN que bloque la transcription et génère les mutations génétique (interaction avec la thymine - la dissolution de double hélice de acide nucléique)

34. Le radical Enzyme qui inactive le radical La superoxyde dismutase La catalase Glutathion peroxydase Vit.CVit.E • Super oxyde O2- • H2O2 (peroxyde d'hydrogène) • Hydroxyle OH-