HISTOPHYSIOLOGIE ANIMALE

HISTOPHYSIOLOGIE ANIMALE

On appelle tissu un ensemble de structures cellulaires et extracellulaires spécialisées en vue d’une même fonction. Au cours du développement de l’embryon, les cellules s’associent et acquièrent des caractères morphologiques et fonctionnels nouveaux: elles se groupent en tissus qui se spécialisent vers des fonctions de sécrétion, de transport moléculaire et ionique, de motilité et motricité, ou bien de transmission d’information à d’autres cellules différenciées.

La notion de tissu a été introduite par Xavier Bichat (1771-1802). La discipline qui décrit les constituants des tissus, c’est-à-dire les cellules, les substances et les fluides intercellulaires, est l’histologie. On distingue quatre grands types de tissus. Le tissu épithélial est constitué par un assemblage de cellules étroitement juxtaposées; les épithéliums de revêtement tapissent toute la surface du corps et ses cavités internes; les épithéliums glandulaires fournissent les structures fonctionnelles des glandes, y compris les canaux excréteurs. Le tissu conjonctif est composé de cellules généralement séparées les unes des autres par une substance intercellulaire plus ou moins abondante et plus ou moins charpentée par un système de fibres; aux diverses variétés de tissu conjonctif proprement dit, on ajoute le tissu cartilagineux, le tissu osseux, le système réticulo-histiocytaire et les cellules productrices des éléments figurés du sang. Le tissu musculaire , bien que se présentant sous des aspects morphologiques divers, a pour particularité d’être responsable des mouvements du squelette et de la contraction de divers organes: tube digestif, système cardio-vasculaire, arbre respiratoire, appareil génito-urinaire, rate, etc. Le tissu nerveux est formé de cellules nerveuses ou neurones dont les articulations synaptiques assurent la propagation et l’intégration des influx nerveux; d’autres cellules, dites gliales, jouent un rôle important dans le maintien de l’intégrité du tissu nerveux.

Élargissant son domaine d’investigation, l’histologie s’intéresse aussi à la façon dont les tissus s’harmonisent pour donner aux organes l’architecture qui leur est propre. Par exemple, dans le tube digestif, les divers tissus qui coopèrent à sa constitution s’emboîtent concentriquement les uns dans les autres.

L’étude dynamique et fonctionnelle des tissus, y compris leur spécialisation et leur régulation, est l’objet de l’histophysiologie. Elle a pour objectif d’élucider la participation des organites cellulaires à l’exercice d’une fonction déterminée et les mécanismes qui assurent une coopération harmonieuse des cellules au sein d’un tissu. L’histologie moderne est en fait une histophysiologie: son objectif est d’établir des corrélations entre les structures biologiques et leurs fonctions. Sa démarche est celle des sciences morphologiques, mais elle implique une association avec les autres disciplines concernées par les problèmes étudiés. En conséquence, l’histophysiologie fait appel à des méthodes de pensée et à des moyens techniques très divers; seuls quelques aspects typiques pourront être présentés dans le cadre de ce chapitre: la sociologie des cellules différenciées, la spécialisation cellulaire et la transmission d’informations intercellulaires.

Pour exposer les problèmes résolus ou à résoudre par l’histophysiologie, on pourrait procéder à une mise au point de nos connaissances sur les divers tissus, systèmes et organes qui constituent un mammifère. Cette analyse peut être facilement consultée dans les divers manuels d’histologie cités en référence. Il a semblé plus captivant d’associer le lecteur à une recherche synthétique des caractères communs aux problèmes envisagés sur des tissus et dans des organes divers.

1. Sociologie des cellules différenciées

Dans un même tissu, les cellules s’assemblent pour former une collectivité cohérente; ce phénomène d’association implique que les cellules d’un même tissu puissent se reconnaître les unes les autres afin de s’admettre réciproquement pour constituer une société.

La reconnaissance cellulaire

Les mécanismes par lesquels des cellules peuvent parvenir à se reconnaître semblent étroitement liés aux propriétés spéciales de la surface cellulaire. En effet, la membrane plasmique, véritable frontière du territoire cellulaire, est constituée de lipides et de protéines; sur sa face externe, elle est doublée d’une couche de polysaccharides dont la plupart sont liés à des protéines (glycoprotéines acides) et d’autres à des lipides (gangliosides). En utilisant soit des membranes isolées, soit des tissus intacts, les méthodes histochimiques mettent en évidence la présence de charges négatives, que l’on attribue à la présence de l’acide neuraminique qu’ont identifié ici des méthodes biochimiques; en effet, les «colorants» cationiques employés en microscopie photonique ou électronique (bleu Alcian; fer ou thorium colloïdal) se combinent électivement à la surface externe de la membrane plasmique. De plus, l’oxydation des groupes hydroxyles, voisins des polysaccharides, par l’acide periodique forme des fonctions aldéhydes que l’on peut révéler par la couleur Magenta qui se développe en présence du réactif de Schiff (réaction à l’acide periodique Schiff utilisée en microscopie photonique) ou par le précipité d’argent en présence d’argent-méthénamine (réaction visible au microscope électronique). L’analyse biochimique des fractions membranaires conduit à admettre à leur surface la présence de glucosamine, galactose, fucose et d’acide neuraminique. Que les mécanismes de reconnaissance cellulaire soient liés à la présence de glycoprotéines de surface est une hypothèse féconde, que confortent deux arguments. D’une part, des lymphocytes traités par des glucosidases (enzymes qui détruisent les sucres présents à la surface des cellules) et réinjectés dans le sang circulant sont phagocytés dans le système réticulo-histiocytaire comme des cellules étrangères; en d’autres termes, ils ne sont plus reconnus dès que les glycoprotéines de surface sont altérées. D’autre part, des endothéliums vasculaires dont la surface est modifiée par action de la neuraminidase (enzyme qui détache l’acide neuraminique des chaînes polysaccharidiques) perdent la possibilité de «fixer» des cellules cancéreuses migrant dans la circulation sanguine. L’emploi des méthodes immunocytochimiques a révélé les propriétés spécifiques des surfaces cellulaires de chaque tissu.

Les modes d’union des cellules

La surface cellulaire est responsable des mécanismes d’association des cellules. L’observation au microscope électronique montre que, dans un épithélium, les cellules s’unissent selon divers modes qui, en s’ajoutant les uns aux autres, assurent une cohésion parfaite de l’ensemble tissulaire ^{[cf. CELLULE]}. Très souvent, les membranes cellulaires forment des replis qui s’engrènent les uns dans les autres. Ces interdigitations constituent un mode d’union fragile qui peut être renforcé par des points d’attache de types variés ou complexes de jonction. Parmi eux, on distingue:

– la zonula occludens (ou tight junction ), caractérisée par l’accolement direct des membranes plasmiques sans interposition des glycoprotéines de la surface cellulaire: elle s’oppose au passage de petites molécules entre les cellules et participe à maintenir la polarité des cellules épithéliales;

– le nexus (ou gap junction ) permet le passage rapide de petites molécules et d’ions d’une cellule à l’autre;

– la macula adhaerens (ou desmosome), qui présente un élargissement de l’espace intercellulaire où s’accumulent des glycoprotéines acides liées à du calcium; ce dernier, en jouant le rôle de ligant entre les groupements acides des glycoprotéines, renforcerait l’adhésivité des cellules voisines; sur la face interne des membranes plasmiques des desmosomes, viennent s’insérer des faisceaux de filaments de 10 nm de diamètre qui contribuent à maintenir la forme des cellules.

Cependant, il convient de souligner que les associations cellulaires ne comprennent pas forcément des cellules de même nature ni de même fonction. Des contacts intimes s’établissent entre cellules nerveuses et fibres musculaires striées pour réaliser une jonction morphologique et fonctionnelle très particulière: la plaque motrice. Dans les glandes sexuelles, les cellules germinales ne peuvent subir la maturation nécessaire à l’accomplissement de leur rôle que si elles évoluent en contact étroit avec d’autres cellules: les échanges métaboliques qui se produisent entre les cellules de la lignée spermatogénétique et les cellules de Sertoli dans le tube séminifère, d’une part, entre les ovocytes et les cellules folliculeuses de l’ovaire, d’autre part, sont essentiels pour le développement et le maintien des fonctions de reproduction.

Ainsi, les associations de cellules hétérologues, en réalisant un micro-environnement nouveau, permettent aux tissus de développer des propriétés nouvelles qu’ils ne possèdent pas isolément. Le micro-environnement cellulaire peut être considéré comme l’atmosphère moléculaire immédiate entourant une cellule donnée. Les espaces intercellulaires (15 à 20 nm) qui séparent deux cellules adjacentes sont occupés par un grand nombre de macromolécules (glycoprotéines et glycolipides de surface) fortement ionisées. Leur affinité pour l’eau, les cations, les protéines basiques... provoque une hétérogénéité du milieu environnant et confère aux espaces intercellulaires des propriétés dynamiques qui peuvent favoriser les transactions de certaines molécules.

Le renouvellement des populations cellulaires

On considérait généralement qu’il y avait un certain antagonisme entre la division cellulaire par mitose et la différenciation des tissus. En fait, les méthodes modernes mises au point pour étudier le renouvellement des populations cellulaires montrent sans ambiguïté que des cellules aussi différenciées que celles de la thyroïde, du foie et de la névroglie, ou des lymphocytes, peuvent encore se diviser par mitose. Par contre, les cellules nerveuses et les photorécepteurs ne se différencient qu’après la cessation de leur division par mitose, au cours de la vie intra-utérine et au début de la période postnatale.

Techniques

Pour étudier la dynamique des tissus, l’histophysiologiste fait appel à trois techniques principales.

La mesure de l’accroissement du nombre de noyaux consiste à doser chimiquement l’ADN d’un organe de poids donné à divers intervalles de temps, au cours de sa croissance. Connaissant la quantité d’ADN contenue par noyau (chez le rat, chaque noyau contient 6,2 練 10^-12 g d’ADN), on peut déterminer le nombre de noyaux ¹, ², ³, ..., aux temps t¹, t², t³, ..., dans un organe dont la masse s’accroît (M¹ 麗 M² 麗 M³). Grâce à cette méthode, on peut déterminer si la croissance d’un organe ou d’un tissu s’accomplit par augmentation du nombre de cellules (N¹ 麗 ² 麗 ³) ou par accroissement du volume cytoplasmique ou des substances intercellulaires (N¹ = ² = ³).

La mesure du taux de mitoses permet de déterminer, dans un tissu, l’index mitotique, c’est-à-dire le nombre de cellules en division dans une population cellulaire homogène. Par exemple, dans la zone corticale du thymus, on trouve 1,5 p. 100 de cellules réticulaires en mitose; la durée de la mitose étant d’environ une heure pour ce type cellulaire, la vie moyenne de ces cellules entre deux mitoses serait de (100 憐 1)/1,5 = 67 heures. Lorsque les figures de mitoses sont plus rares, on peut avoir recours au blocage des divisions cellulaires par la colchicine sur une période de temps donnée.

La mesure de la synthèse de l’ADN peut être déterminée par radioautographie. Celle-ci est une application de la méthode des indicateurs nucléaires, qui rend possible l’étude qualitative et quantitative du renouvellement des constituants cellulaires sans perturber les conditions physiologiques dans lesquelles il se déroule. Si l’on introduit dans les cellules un petit nombre de molécules marquées par un atome radioactif, les molécules marquées se mélangent aux molécules homologues non marquées et se comportent comme elles: le sort des molécules marquées nous renseigne sur celui de toute la population moléculaire. Quand on administre de la thymidine-³H – un constituant de l’ADN porteur d’un atome d’hydrogène radioactif –, elle est incorporée dans l’ADN des noyaux qui accomplissent à ce moment une synthèse d’ADN nouveau. Le précurseur radioactif étant extrait au cours de la préparation des tissus, seuls les noyaux qui contiennent de l’ADN nouvellement synthétisé à partir de thymidine-³H seront radioactifs. Or, la synthèse d’ADN nouveau précède presque invariablement la formation de cellules filles qui pourront être identifiées par radioautographie. En recouvrant les coupes de tissus d’une couche d’émulsion photographique spéciale, les atomes de tritium présents dans l’ADN nouveau émettent des rayonnements 廓 de faible énergie qui heurtent les cristaux de bromure d’argent de l’émulsion; ces derniers se comportent comme des microdétecteurs enregistrant les radiations et permettent ainsi de localiser leur source. On dispose ainsi d’un moyen de choix pour étudier les cycles cellulaires et les migrations de population.

Types de populations

Dans les tissus d’un organisme en croissance, l’application de ces méthodes a permis de distinguer trois grands types de population:

– Les populations cellulaires statiques , telles que les cellules nerveuses et les photorécepteurs, ne se renouvellent pas en tant qu’entités cellulaires. Doués de pérennité, les neurones accroissent leur masse par suite du développement des arborisations dendritiques, du corps cellulaire et de l’axone qui s’allonge et s’épaissit pendant la croissance de l’organisme. Lors du processus de sénescence, leur nombre tend à diminuer.

– Les populations cellulaires en expansion , telles que les épithéliums glandulaires du pancréas, de la thyroïde, du rein, des glandes surrénales et salivaires, les tissus musculaires squelettique et cardiaque ont, en principe, une vie aussi longue que celle de l’individu: les nouvelles cellules formées au cours de la vie postnatale servent à couvrir les besoins de la croissance. Le taux journalier de mitoses, normalement très faible, peut être élevé, sous l’action d’un stimulus approprié. Le tissu hépatique (après ablation d’une portion de foie), les tissus épithéliaux et conjonctifs du rein (après ablation d’un rein) sont le siège de nombreuses mitoses, sensibles à certaines hormones et dont l’arrêt semble commandé par des inhibiteurs spécifiques de la croissance une fois qu’une certaine masse de tissu a été réparée.

– Les populations cellulaires en renouvellement forment un groupe où les mitoses sont nombreuses tout au long de la vie, sans qu’il y ait augmentation de la masse cellulaire: la production de nouvelles cellules compense exactement la perte des plus âgées. Font partie de ces populations en «état stationnaire» les cellules sanguines, parmi lesquelles les globules rouges (ou hématies) ont une durée de vie moyenne de cent vingt jours, l’épithélium de revêtement de l’estomac et de l’intestin qui se renouvelle entièrement tous les trois jours (fig. 1), les cellules alvéolaires du poumon qui sont remplacées en huit jours. L’épiderme, par suite de la desquamation naturelle de ses couches cornées superficielles, se régénère en quatre à dix semaines, selon sa localisation. Dans l’épithélium séminifère du testicule, les cellules germinales mâles subissent une évolution complexe au cours de la spermatogenèse: le temps mis par une spermatogonie pour donner naissance à des spermatozoïdes est d’environ soixante-quatre jours chez l’Homme.

L’une des questions que l’on est en droit de se poser est la suivante: le renouvellement rapide des populations cellulaires est-il dû à l’usure ou à la perte des cellules? Les données expérimentales indiquent que la production continue de cellules dans l’organisme semble indépendante de leur sort: les cellules sont remplacées avant d’être sérieusement détériorées ou de faire défaut.

2. Spécialisation cellulaire

Gènes et spécialisation

L’état stationnaire de ces populations cellulaires implique que des cellules continuent à se multiplier pendant que d’autres se différencient. On pouvait penser que des mitoses différentielles ou asymétriques donneraient naissance à deux cellules filles subissant chacune un sort différent. L’étude systématique, par radioautographie, des paires de cellules filles contenant de l’ADN radioactif a montré qu’il n’en est rien. Il semble que les cellules filles puissent continuer à se diviser ou bien se différencier selon leur position initiale et le micro-environnement auquel elles sont astreintes.

L’œuf, résultat de la fusion des deux gamètes mâle et femelle, détient en puissance tout le programme génétique de l’individu. Toutes les cellules d’un même tissu n’expriment pas la totalité du programme contenu dans l’œuf dont elles dérivent: ce rôle est restreint à certaines d’entre elles. Ainsi, l’hémoglobine est élaborée par les érythroblastes, la myosine par les fibres musculaires, la thyroglobuline par les cellules thyroïdiennes, l’acétylcholine par des neurones. En conséquence, les protéines spécifiques d’un tissu ne sont normalement synthétisées que par une cellule différenciée, c’est-à-dire spécialisée à cet effet. Doit-on en conclure que les nombreux autres gènes de l’œuf sont perdus lorsqu’une cellule se spécialise? Les expériences de transplantation de noyau ont permis de conclure que des noyaux de cellules différenciées (intestinales, nerveuses) possèdent tous les gènes nécessaires à la différenciation de tous les types cellulaires. Le cytoplasme d’une cellule différenciée contiendrait des substances qui contrôlent, indépendamment les uns des autres, les différents gènes et les inactivent. En conclusion, la différenciation des cellules organisées en tissus apparaît comme une orientation des cellules vers une fonction donnée par sélection des gènes liés à cette fonction et inactivation continue des autres.

Ces données sont importantes pour comprendre la transformation pathologique d’un tissu d’un type dans un autre ou métaplasie. Sous l’action de certains stimuli (irritation locale, actions hormonales, carences vitaminiques, virus...), des tissus différenciés dans un sens peuvent se redifférencier dans un autre: la rate, qui normalement produit des lymphocytes, peut fabriquer des myélocytes (métaplasie myéloïde); l’épithélium des bronches, constitué d’une assise de cellules prismatiques ciliées, peut se transformer en épithélium malpighien, comprenant plusieurs assises de cellules pavimenteuses, dépourvues de cils. Activés par la phytohémagglutinine, les lymphocytes se transforment en cellules blastiques et entrent en division. On peut donc se demander si la différenciation cellulaire acquise à un moment donné est définitive, ou bien, au contraire, si le maintien de cet état différencié doit être constamment entretenu. La maintenance de l’état différencié est bien illustrée par l’étude des photorécepteurs de la rétine (fig. 2): les cellules à cône et à bâtonnet. Les cellules à bâtonnet comprennent deux articles: l’un, interne, où sont rassemblés les organites cytoplasmiques (mitochondries, ergastoplasme, appareil de Golgi...) et l’autre, externe, qui, sous l’action morphogénétique d’un cil modifié, est constitué par l’empilement de milliers de disques membranaires où sont incluses les molécules d’hétéroprotéines photosensibles: la rhodopsine . Chez l’individu normal, les disques sont continuellement produits à la base de l’article externe, poussés par les nouveaux disques formés vers l’extrémité apicale et, là, phagocytés et détruits par les cellules de l’épithélium pigmentaire de la rétine; ces disques membranaires, contenant la rhodopsine, sont ainsi continuellement et complètement renouvelés en dix jours chez le rat et en soixante jours chez la grenouille. Certaines souches de souris aveugles ont des photorécepteurs dont l’article externe, après une différenciation normale, dégénère en deux ou trois semaines; dans ce cas, l’initiation du processus de différenciation n’est pas suivie par la mise en jeu des mécanismes nécessaires à assurer son maintien. Après une carence en vitamine A (précurseur de la rhodopsine), on observe une atrophie réversible de l’article externe des photorécepteurs. Ces exemples montrent que l’état différencié est dynamique et résulte de l’expression du programme génétique, de la présence de molécules spécifiques et du micro-environnement cellulaire: ces trois facteurs contribuent à la spécialisation des tissus.

La sécrétion

La sécrétion est l’ensemble des opérations entreprises par des cellules pour élaborer et déverser des produits finis. Toutes les cellules d’un tissu quelconque échangent des molécules avec le milieu sans qu’on puisse parler de fonction spécialisée. L’acte sécrétoire correspond à la synthèse et à l’exportation de molécules spécifiques autres que celles du catabolisme cellulaire. Les épithéliums glandulaires du tube digestif (y compris le foie, le pancréas et les glandes salivaires), de l’arbre respiratoire, du système urogénital et du revêtement cutané déversent leurs produits dans le milieu extérieur par l’intermédiaire de canaux excréteurs (sécrétion exocrine ). Les épithéliums glandulaires de la thyroïde, de l’hypophyse, des surrénales déversent leurs produits de sécrétion, appelés hormones, dans le milieu intérieur (sécrétion endocrine ).

En fait, l’acte sécrétoire n’est pas l’apanage des seuls épithéliums glandulaires; en effet, des cellules très diverses accomplissent cette fonction: on peut citer les fibroblastes du tissu conjonctif, les chondrocytes du cartilage et les ostéoblastes du tissu osseux, qui élaborent et libèrent autour d’eux des macromolécules entrant dans la constitution de la substance fondamentale et des fibres conjonctives. Les anticorps présents dans le sang circulant sont fabriqués par des cellules isolées appartenant à la lignée plasmocytaire. De plus petites molécules comme l’acétylcholine, la noradrénaline ou la sérotonine sont synthétisées, stockées et libérées sous l’action d’un influx nerveux par les terminaisons axonales, où elles assurent la transmission des influx, d’une cellule à l’autre.

L’étude histophysiologique d’une sécrétion périodique comme celle de la glande mammaire permet de distinguer un cycle sécrétoire comprenant trois phases successives: l’élaboration, le stockage et l’excrétion du produit de sécrétion. Dans le cas d’une sécrétion continue comme celle de la thyroïde ou du pancréas des rongeurs, le seul examen histologique reste muet, à moins que l’observateur n’intervienne sur le système observé, par exemple en activant l’excrétion hormonale thyroïdienne par administration de TSH (hormone hypophysaire stimulant la thyroïde) ou l’expulsion des grains de sécrétion pancréatique après injection de pilocarpine. L’utilisation des indicateurs nucléaires a permis l’étude des sécrétions continues. Dans le cas du pancréas exocrine, les fractionnements cellulaires ont montré qu’une enzyme, le chymotrypsinogène, est synthétisée au niveau des ribosomes à partir de leucine marquée par le carbone 14, puis transportée dans les grains de sécrétion. En combinant la radioautographie quantitative et le dosage des protéines par microspectrophotométrie dans des coupes, on peut reconstituer les étapes intracellulaires du processus sécrétoire. Les protéines exportables, après un séjour de cinq minutes dans l’ergastoplasme, migrent dans l’appareil de Golgi, où elles s’accumulent; en douze minutes, elles vont former un grain de sécrétion dont la vie moyenne avant son expulsion serait de l’ordre d’une heure. La radioautographie, associée à la microscopie électronique et aux fractionnements cellulaires, a permis de préciser les mécanismes et les forces mises en jeu au cours du processus sécrétoire. La sécrétion des cellules thyroïdiennes (fig. 3), parathyroïdiennes, antéhypophysaires, hépatiques, suit les mêmes voies et les mêmes étapes, selon leur rythme propre. Cependant, dans les cellules qui sécrètent des glycoprotéines, les osamines et les oses semblent s’ajouter progressivement à la molécule protéique achevée au cours de sa migration vers l’appareil de Golgi où se poursuit l’addition de certains sucres.

Transports moléculaires et ioniques

Toutes les cellules de l’organisme sont capables d’échanger des molécules et des ions avec le milieu intérieur: les uns pénètrent dans la cellule tandis que d’autres en sortent. Les membranes plasmiques de toutes les cellules ont donc la possibilité de transporter des molécules organiques, des ions et de l’eau. Certaines substances comme l’urée peuvent pénétrer dans les cellules par diffusion . D’autres requièrent, pour franchir la barrière cellulaire, une dépense d’énergie, c’est-à-dire un transport actif . Pour maintenir le Na⁺ intracellulaire à une basse concentration, la cellule pompe le Na⁺ contre le gradient de concentration; en d’autres termes, le Na⁺ est reversé dans le compartiment extracellulaire où il est plus concentré. De plus, les charges positives à l’extérieur de la membrane plasmique impliquent que le Na⁺ force la barrière électrochimique qui s’oppose à son passage. Les études fondamentales sur les transports moléculaires et ioniques mettent en jeu les raffinements des techniques électrophysiologiques, la miniaturisation des méthodes isotopiques et l’arsenal des analogues cytopharmacologiques. Leurs résultats ont mis en évidence la notion de transporteurs spécifiques du Na⁺ et de certains groupes d’acides aminés. Le rôle énergétique de l’ATP (adénosine triphosphate) est capital pour l’économie de ces transports: lorsque l’ATPase (enzyme qui hydrolyse l’ATP, en libérant de l’énergie) est bloquée par l’ouabaïne, le transport actif est supprimé. Cette propriété commune à toutes les cellules est particulièrement développée dans certains tissus: épithéliums de l’épendyme, des plexus choroïdes, et des tubes rénaux. Dans les tubes rénaux, la réabsorption active du Na⁺ consomme la plus grande part du travail énergétique fourni par le rein. Les tubes rénaux s’opposent donc à la fuite du Na⁺ du plasma filtré par les glomérules; ils récupèrent aussi un certain nombre d’autres ions et de molécules organiques (glucose, acides aminés...) sans oublier l’économie d’eau qu’ils permettent de réaliser.

La pénétration de macromolécules dans les cellules se fait par pinocytose , si elles sont dissoutes, ou par phagocytose , si elles forment des particules. Dans les deux cas, les substances, en s’attachant à la couche glycoprotéique qui tapisse la surface de la membrane plasmique, provoquent l’invagination de celle-ci et la création d’une vacuole qui migre dans le cytoplasme. Cette propriété commune à toutes les cellules, même les plus différenciées, est plus accentuée dans les cellules du système réticulohistiocytaire, chargé de débarrasser l’organisme de débris cellulaires, de bactéries ou de particules diverses (cellules à poussière des alvéoles pulmonaires).

Motricité et motilité

L’énergie produite par le métabolisme cellulaire et stockée sous forme d’ATP peut être utilisée pour des activités mécaniques. L’observation de tissus en culture montre que toutes les cellules et leurs organites sont animés de mouvement s’effectuant à des vitesses variées. Chez certaines cellules, comme les spermatozoïdes, et certains tissus, comme les épithéliums à cils vibratiles, cette aptitude à la motilité est particulièrement marquée. La coordination des mouvements ciliaires dans les épithéliums de l’arbre respiratoire et des voies génitales (trompe de Fallope) forme un véritable tapis mobile entraînant soit les particules inhalées vers le pharynx, soit l’œuf fécondé vers l’utérus.

La motricité est une propriété remarquablement illustrée par les tissus musculaires. Dans les tissus musculaires striés, les cellules ont élaboré des unités périodiques constituées de filaments d’actine et de myosine. Sous l’action d’une stimulation, des ions Ca⁺⁺, provenant des systèmes membranaires qui les lient, activent la myosine; cette dernière hydrolyse l’ATP; l’énergie ainsi libérée sert au glissement des filaments d’actine le long des filaments de myosine auxquels ils s’accrochent, produisant de ce fait un raccourcissement des unités périodiques: la contraction musculaire. La recapture des ions Ca⁺⁺ par le réticulum endoplasmique provoque la décontraction ou relaxation. Dans les muscles striés, les unités contractiles étant groupées en série, la contraction est rapide et assure un haut rendement mécanique. Dans les tissus musculaires lisses, les filaments d’actomyosine sont groupés en parallèle; la contraction peut y être plus soutenue dans sa tension, mais mécaniquement moins efficace.

3. Transmission d’informations aux tissus différenciés

Dans l’organisme, les cellules travaillent d’une façon adaptée, coordonnée et harmonieuse. De quels moyens d’information disposent les cellules d’un tissu pour régler le niveau de leur activité? Deux grands types de mécanismes régulateurs, les signaux hormonaux et les signaux nerveux assurent ce contrôle.

Les signaux hormonaux

Le rôle intégrateur des hormones assure la régulation du niveau d’activité des cellules autres que celles qui les ont produites. Certaines hormones ont une action limitée à une cible tissulaire spécialisée: la thyréostimuline sécrétée par l’antéhypophyse présente des effets spécifiques sur les cellules de l’épithélium glandulaire de la thyroïde, en libérant les hormones thyroïdiennes. En revanche, d’autres hormones, comme la thyroxine, agissent sur le niveau métabolique de la plupart des cellules.

Les hormones agissent sur les cellules sensibles à des concentrations très faibles (10^-8 à 10^-10 mole). Pour être sensibles à une action hormonale, les cellules doivent posséder des récepteurs spécifiques chargés de reconnaître les molécules hormonales, de les retenir et de déclencher le signal qui sera amplifié par la cellule. On distingue deux modes d’action selon la catégorie d’hormones envisagée.

Une première catégorie d’hormones, à action très rapide, après fixation sur un récepteur présent sur la membrane plasmique déclenchent la formation d’une molécule appelée «second messager» ^{[cf. NUCLÉOTIDES CYCLIQUES]} qui provoque l’activation du système enzymatique intracellulaire. Les hormones qui agissent par ce moyen sont des amines biogènes (adrénaline), des peptides (ocytocine) et des protéines (thyréostimuline). Les hormones à action plus lente, pénétrant dans la cellule, se fixent sur une molécule réceptrice et, par son intermédiaire, agissent sur le programme génétique des cellules-cibles en induisant la synthèse de protéines spécifiques. L’effet morphogène qu’elles produisent implique une nouvelle orientation fonctionnelle du tissu sensible. Les hormones stéroïdes (testostérone, progestérone, aldostérone, etc.) agissent selon ce mécanisme ^{[cf. HORMONES]}.

Si les modes d’action des hormones sont entrevus depuis quelques décennies, on doit signaler que les effets morphogènes des hormones, en particulier des hormones sexuelles, ont été découverts et étudiés par Ancel et Bouin, fondateurs de l’école française d’endocrinologie. Les interrelations entre l’hypothalamus et l’hypophyse d’une part, l’hypophyse et les autres glandes endocrines d’autre part ont été mises en évidence en combinant les expériences d’ablation ou de blocage chimique, les injections d’hormones ou les greffes de tissu endocrine aux méthodes histologiques et histochimiques. Ces études ont montré le rôle capital joué par l’hypothalamus dans le contrôle des sécrétions endocrines. Dans cette région située à la base du cerveau, des cellules nerveuses élaborent des substances polypeptidiques collectées dans les granules neurosécrétoires; ceux-ci passent dans les axones le long desquels ils sont véhiculés, avant d’être libérés dans des vaisseaux capillaires dont le sang baignera directement les cellules hypophysaires. Ces facteurs agissent sur les cellules hypophysaires et commandent l’excrétion de leurs hormones. Les hormones hypophysaires, en stimulant la sécrétion d’autres glandes endocrines, provoquent un accroissement de la concentration du sang en stéroïdes ou en thyroxine qui freinent la sécrétion des facteurs hypothalamiques. Ainsi se trouve réalisé un système de contrôle par rétroaction (ou feed-back ) des activités hormonales.

Les signaux nerveux

Contrairement aux hormones, qui sont distribuées dans tout l’organisme par voie sanguine, les médiateurs chimiques libérés par une cellule nerveuse s’adressent directement à une cellule ou à un groupe limité de cellules, nerveuses ou autres. Cette précision dans la transmission des signaux est acquise grâce à une coaptation spéciale entre la fibre axonale et la cellule effectrice: la synapse. La propagation de l’influx nerveux le long de l’axone modifie la perméabilité locale de la membrane axonale aux ions Na⁺ et entraîne des variations de potentiel électrique. Dans les axones myélinisés, c’est-à-dire autour desquels des enroulements de membrane gliale isolent des segments d’axone, la conduction de l’influx est dite saltatoire. Cette disposition fait réaliser à l’organisme une économie, car elle accroît la vitesse de conduction de l’influx tout en réduisant la consommation d’énergie et les fuites de K⁺. L’influx nerveux se propage ainsi jusqu’à la terminaison axonale qui, sous son influence, libère dans l’espace intersynaptique le médiateur (par exemple l’acétylcholine) qui y est stocké. L’acétylcholine, dans le cas des synapses neuromusculaires par plaque motrice, se fixe sur les récepteurs de la membrane musculaire postsynaptique, provoque la dépolarisation de la surface du muscle et par conséquent sa contraction. L’acétylcholine est ensuite rapidement détruite par une enzyme, l’acétylcholinestérase, présente à une haute concentration au niveau de la jonction postsynaptique. La conjugaison des techniques biochimiques de fractionnement cellulaire, de l’histo-enzymologie, de la microscopie de fluorescence, de la cytopharmacologie et de l’électrophysiologie à l’échelle cellulaire ont permis d’identifier dans le système nerveux central et périphérique un certain nombre de médiateurs: l’acétylcholine, la noradrénaline, la dopamine, la sérotonine, l’acide 塚-aminobutyrique, etc. Ils sont pour la plupart élaborés sur place dans les terminaisons axonales, tandis que les chaînes enzymatiques nécessaires à leur production ou les neuropeptides (substance P, enképhaline, etc.) sont synthétisées dans les corps cellulaires des neurones et migrent dans les axones. La radioautographie a clairement établi que la machinerie nécessaire à la synthèse des protéines est principalement située dans les corps cellulaires et que les protéines néoformées empruntent la voie axonale pour gagner les terminaisons nerveuses (fig. 4). La pérennité des neurones, comme entité cellulaire persistant toute la durée de la vie de l’individu, n’est donc assurée qu’au prix d’un renouvellement continuel des molécules qui les constituent: le câblage axonal du système nerveux doit être continuellement entretenu par l’activité élaboratrice des corps neuronaux. Cette condition dynamique des neurones permet de mieux saisir les facultés remarquables d’adaptation et de plasticité du système nerveux. La flexibilité jointe à la complexité des circuits neuronaux rend compte ainsi de l’amplification et de la multiplication des signaux nerveux rythmés en train d’influx. Cependant l’encodage et le décodage de ces signaux est une des tâches capitales que les neurobiologistes ont à résoudre.

Encyclopédie Universelle. 2012.