Différenciation cellulaire

La différenciation cellulaire est le passage d’une cellule souche indifférenciée, qu’elle soit totipotente, pluripotente ou unipotente, à une cellule spécialisée dans une fonction et incapable de se diviser. Cette différenciation implique des modifications structurales et un protéome spécifique.
Hormis dans le cas particuliers des lymphocytes B et T, la différenciation cellulaire ne s’accompagne pas d’une modification du génome, mais d’une modification de l’état de condensation de l’ADN avec des séquences qui se retrouvent sous forme d’hétérochromatine, et ne peuvent donc plus être transcrites, tandis que les gènes exprimées dans la cellule spécialisée sont sous la forme d’euchromatine. C’est cette expression différentielle des gènes ou les différences de maturation des ARNm, donc du transcriptome, puis du protéome qui explique cette différenciation cellulaire.

La différenciation cellulaire repose sur la perception de signaux extracellulaires à des moments particuliers où la cellule est compétente : cela signifie que la présence transitoire de récepteurs permet à la cellule, si elle reçoit le signal associé, d’entrer dans une voie de différenciation plutôt qu’une autre.
Lorsqu’une cellule est engagée de manière réversible dans une voie de différenciation, on dit que la cellule est spécifiée, tandis qu’elle est déterminée lorsqu’elle poursuit sa différenciation quels que soient les signaux reçus par celle-ci.

La différenciation repose sur la perception d’un morphogène ou facteur de croissance, une molécule diffusible extracellulaire, par la cellule compétente grâce à un récepteur. Une transduction du signal active des facteurs de transcription qui déclenche une cascade de transcriptions entraînant notamment la formation d’activateurs et d’inhibiteurs de la transcription, ainsi que la biosynthèse de nouveaux récepteurs. Cette première étape de spécification permet l’action d’autres morphogènes qui permet, au fur et à mesure, l’expression de gènes structuraux et fonctionnels spécifiques d’un type cellulaire donné.

Si cette différenciation existe tout au long de la vie d’un organisme pluricellulaire du fait de la présence de cellules souches dans les tissus, elle est fondamentale au cours du développement embryonnaire, notamment au cours de l’organogenèse.

Dans le cas de la myogenèse, les cellules embryonnaires sont d’abord spécifiées en cellules mésodermiques sous l’influence du centre de Nieuwkoop, puis en mésoderme somitique sous l’influence du centre de Spemann, avant de devenir du myotome sous l’action de facteurs diffusibles émis par la chorde, l’épiderme, le tube neural et le mésoderme intermédiaire. Cette information de position, renforcée par l’expression des gènes homéotiques, permet l’expression de facteurs de régulation myogéniques primaires (MyoD et Myf5). Les cellules souches des somites deviennent alors des myoblastes. L’expression des facteurs primaires induit l’expression de facteurs de régulation myogéniques secondaires (MRF4, myogénine) modifiant le protéome des myoblastes qui deviennent alors des myotubes, par fusion des myoblastes. Ces myotubes fusionnent ensuite et les cascades de facteurs de transcription entraînent l’expression des gènes de structure à l’origine de l’organisation du cytosquelette en sarcomères, la formation du sarcolemme et de plaques motrices avec les neurones voisins. La cellule est alors différenciée en fibres musculaires striées squelettiques.