Les os vertébraux qui forment la colonne vertébrale dérivent d’un type distinct de cellules souches qui sécrètent une protéine favorisant les métastases tumorales, selon une étude menée par des chercheurs de Weill Cornell Medicine. Cette découverte ouvre une nouvelle voie de recherche sur les troubles de la colonne vertébrale, aide à expliquer pourquoi les tumeurs solides se propagent si souvent à la colonne vertébrale et pourrait conduire à de nouveaux traitements orthopédiques et anticancéreux.
Dans l’étude, publiée le 13 septembre dans Nature, les chercheurs ont découvert que l’os vertébral est dérivé d’une cellule souche différente des autres cellules souches productrices d’os. Utilisant des « organoïdes » ressemblant à des os fabriqués à partir de cellules souches vertébrales, ils ont montré que la tendance connue des tumeurs à se propager à la colonne vertébrale, plus qu’aux os longs tels que les os des jambes, est due en grande partie à une protéine appelée MFGE8, sécrétée par ces cellules souches.
« Nous soupçonnons que de nombreuses maladies osseuses impliquant préférentiellement la colonne vertébrale sont attribuables aux propriétés distinctes des cellules souches osseuses vertébrales », a déclaré l’auteur principal de l’étude, le Dr Matthew Greenblatt, professeur agrégé de pathologie et de médecine de laboratoire et membre du Sandra et Edward Meyer. Cancer Center de Weill Cornell Medicine 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 dérivent de différents types de cellules souches osseuses. Étant donné que les vertèbres, en comparaison avec d’autres os tels que les os des bras et des jambes, se développent selon un chemin différent au début de la vie et semblent également avoir eu une trajectoire évolutive distincte, le Dr Greenblatt et son équipe ont émis l’hypothèse qu’il existe probablement une cellule souche vertébrale distincte. .
Les chercheurs ont commencé par isoler ce que l’on appelle généralement les cellules souches squelettiques, qui donnent naissance à tous les os et cartilages, à partir de différents os de souris de laboratoire, sur la base de marqueurs protéiques de surface connus de ces cellules. Ils ont ensuite analysé l’activité des gènes dans ces cellules pour voir s’ils pouvaient trouver un schéma distinct pour ceux associés à l’os vertébral.
Cet effort a abouti à deux résultats clés. La première était une définition nouvelle et plus précise, basée sur des marqueurs de surface, des cellules souches squelettiques dans leur ensemble. Cette nouvelle définition excluait un ensemble de cellules qui ne sont pas des cellules souches et qui avaient été incluses dans l’ancienne définition des cellules souches, obscurcissant ainsi certaines recherches antérieures dans ce domaine.
La deuxième découverte était que les cellules souches squelettiques provenant de différents os varient effectivement systématiquement dans leur activité génétique. À partir de cette analyse, l’équipe a identifié un ensemble distinct de marqueurs pour les cellules souches vertébrales et a confirmé les rôles fonctionnels de ces cellules pour former l’os de la colonne vertébrale dans d’autres expériences sur des souris et dans des systèmes de culture cellulaire en laboratoire.
Les chercheurs ont ensuite étudié le phénomène de l’attraction relative de la colonne vertébrale pour les métastases tumorales, y compris les métastases tumorales du sein, de la prostate et du poumon, par rapport à d’autres types d’os. La théorie traditionnelle, datant des années 1940, est que ce « tropisme spinal » est lié à des schémas de flux sanguin qui transmettent préférentiellement des métastases à la colonne vertébrale plutôt qu’aux 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’est pas l’explication ; en fait, ils ont trouvé un indice pointant vers les cellules souches vertébrales comme coupables possibles.
« Nous avons observé que le site d’ensemencement initial des cellules tumorales métastatiques se trouvait principalement dans une zone de la moelle osseuse où se trouveraient les cellules souches vertébrales et leurs cellules descendantes », a déclaré le premier auteur de l’étude, le Dr Jun Sun, chercheur postdoctoral au laboratoire Greenblatt.
Par la suite, l’équipe a découvert que le retrait des cellules souches vertébrales 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 MFGE8, une protéine sécrétée en quantités plus élevées par les cellules souches vertébrales que par les cellules souches des os longs, est un contributeur majeur au tropisme spinal. Pour confirmer la pertinence des résultats chez l’homme, l’équipe a collaboré avec des chercheurs de l’hôpital de chirurgie spéciale pour identifier les homologues humains des cellules souches vertébrales de souris et caractériser leurs propriétés.
Les chercheurs explorent actuellement des méthodes permettant de bloquer MFGE8 afin de réduire le risque de métastases vertébrales chez les patients atteints de cancer. Plus généralement, a déclaré le Dr Greenblatt, ils étudient comment les propriétés distinctives des cellules souches vertébrales contribuent aux troubles de la colonne vertébrale.
Il existe une sous-discipline 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.
Dr Matthew Greenblatt, professeur agrégé de pathologie et de médecine de laboratoire et membre du Sandra et Edward Meyer Cancer Center à Weill Cornell Medicine
