Biodiversité des ostéoblastes : d’une approche cognitive aux essais précliniques de thérapie cellulaire – osteodiversity

La physiopathologie montre des différences entre les os longs du squelette axial et les mâchoires. La fonte à terme des greffons d’origine axiale dans les mâchoires est un verrou clinique. Cette différence est aussi illustrée par un récent problème de santé publique, l’ostéonécrose des mâchoires induite par des agents anti-résorptifs, très efficaces pour l’ostéoporose des os longs. Alors que la morphogenèse précoce des différentes régions du squelette a été analysée en détail, les mécanismes régulant cette spécificité de site de la physiopathologie post-natale demeurent encore incompris.
Ce projet se focalise sur les ostéoblastes. En effet, ils exercent une action centrale dans l’os ; action directe sur la formation et la biominéralisation osseuses et indirecte sur la résorption. Notre hypothèse est qu’une spécificité autonome des ostéoblastes existe, empreinte du développement. En effet, les ostéoblastes dérivent soit des crêtes neurales pour les mâchoires, soit du mésoderme pour le squelette axial et appendiculaire. Leur patrons anatomiques sont dirigés par des gènes à homéoboîte distincts (cluster Hox pour la partie caudale et homéogènes divergents comme Msx2 pour la sphère crânio-faciale). Une étude préliminaire globale fût conduite sur les transcriptomes de la mandibule et du tibia (collaboration avec une équipe norvégienne). Nos données montrent que les mâchoires surexpriment Msx2 et des protéines matricielles qui jusqu’à présent, sont considérées spécifiques de l’émail.
Les protéines de l’émail différentiellement exprimées seront analysées dans les ostéoblastes de mâchoire et de tibia. Les données contradictoires de la littérature affectent le domaine, en relation avec des verrous techniques dus à la présence de minéral. Une série de méthodes innovantes et originales au consortium rendent accessible l’analyse, qui sera conduite du développement précoce à l’âge adulte. Une invalidation conditionnelle du gène Msx2 sera ciblée sur les ostéoblastes afin de mesurer l’effet autonome de cet homéogène (candidat de leur biodiversité). Une analyse multi-échelle, des molécules à l’anatomie 3D, sera menée sur l’ensemble des sites osseux des souris transgéniques. Ces modèles donneront accès à l’analyse des voies de signalisation gérant leur spécificité de site (Msx2/protéines de l’émail et leurs partenaires identifiés dans le projet). L’origine neurectodermique ou mésodermique des ostéoblastes sera retracée avec des marqueurs spécifiques de lignage. L’isolement d’ostéoblastes neurectodermiques permettra de comprendre les relations entre origine embryologique, site anatomique et phénotype différentiel. Elles seront explorées au niveau moléculaire ainsi que dans leurs conséquences fonctionnelles in vitro et in vivo par des greffes homotopiques ou ectopiques. Cette connaissance sera transférée sur un essai préclinique de reconstruction osseuse au niveau de la mâchoire avec des cellules neurectodermiques (clones issus de gencive) ou mésodermiques (moelle osseuse – standard actuel) sur des pertes osseuses post-extractionnelles calibrées chez la souris. Ce projet sur l’empreinte du lignage ostéoblastique servira de base cognitive pour une thérapie cellulaire adaptée selon la niche homo- ou hétéro-topique avec des paramètres thérapeutiques rationnels.
Les données obtenues seront la source de nouveaux outils de diagnostic et de traitement de la perte osseuse. Le marché biomédical est important. L’ostéoporose est une cause majeure de fractures, d’invalidité, d’institutionnalisation et de morbidité. Le handicap fonctionnel oral est très fréquent, à la suite de pathologies multiples générant une perte osseuse. Elle requiert une réhabilitation complexe, douloureuse, répétitive, qui augmente avec la sénescence.
Ce projet impulsera un réseau international (Master, colloque à mi-parcours et application future) dans ce domaine à l’interface entre biologie du développement, physiopathologie de l’ostéoporose et de l’os oral, et biothérapie.