Histologie

  LE TISSU EPITHELIAL

I) Notion de Tissu :

Il y a dans l’organisme 4 niveaux d’organisation cellulaire : du + simple au plus complexe : les tissus, les organes, les appareils et les systèmes. Les tissus sont des ensembles de cellules réunis par un milieu extracellulaire, la matrice extra-cellulaire. Les organes sont formés par des ensembles de tissus. Les systèmes et appareills sont constitués d’ensembles d’organes. Chaque tissu  présente des caractéristiques morphologique et fonctionnelles  qui lui sont propres. 4 grandes familles de tissu regroupent la majorité des cellules de l’organisme :

- le tissu épithélial (épithélium de revêtement, épithélium glandulaire, tissus apparentés aux tissus épithéliaux i.e l’endothélium, le mésothélium, les épithéliums sensoriels)

- le tissu conjonctif (TC non spécialisé ou spécialisé i.e tissu adipeux, tissu osseux, tissu cartilagineux)

- le tissu musculaire (muscle strié squelettique, muscle strié myocardique ou muscle lisse)

- le tissu nerveux (périphérique ou central).

Deux types de cellules n’appartiennent pas à ces 4 catégories de tissu :

i) les populations cellulaires libres : il s’agit des cellules du système hématopoïétique. Elles comprennent les cellules sanguines (globules rouges, globules blancs, plaquettes) et leur précurseurs (cellules souches, progéniteurs et précurseurs). Selon leur type et leur état de maturation, ces cellules circulent dans le sang, dans la lymphe ou dans les organes lymphoïdes (primaires : thymus, moelle osseuse rouge; ou secondaires : ganglions lymphatiques). Les cellules immunes (globules blancs) circulent également dans les tissu conjonctif et/ou dans les tissu épithéliaux.

ii) les cellules germinales : ces cellules présentent un mode de division et des particularités chromosomiques distinctes des cellules somatiques.

Les cellules participant à la composition d’un tissu donné peuvent être d’origines embryologiques différentes. Par exemple, les glandes sudoripares et les glandes digestives appartiennent toutes deux au tissu épithélial glandulaire mais dérivent respectivement de l’ectoderme et de l’endoderme. Selon le tissu, la matrice extracellulaire varie qualitativement et quantitativement. La matrice est par exemple très abondante dans le tissu conjonctif et quasiment absente dans le tissu épithélial.

Les organes correspondent au deuxième niveau d’organisation intercellulaire. On distingue les organes creux (estomac, œsophage, vessie, intestin), les organes pleins (rate, foie, cerveau, pancréas). Chaque organe est composé de différents types de tissus (par exemple l’intestin contient du tissu conjonctif, du tissu nerveux, du tissu musculaire et du tissu épithélial).

Les appareils forment le troisième niveau d’organisation cellulaire.  Ils sont constitués d’ensembles d’organes présentant une unité fonctionnelle. Par exemple :

- l’appareil urinaire formé par le rein la vessie et les voies urinaires basses ;

- l’appareil circulatoire formé par le coeur et le réseau artério-veineux,

Enfin, le terme de système est employé pour désigner un ensmble d’organes et de molécules qui présentent une unité fonctionnelle.  - Le système nerveux est formé par le cerveau, la moelle épinière,  les nerfs périphériques et l’ensemble des molécules qui participent à son fonctionnement.

- le  système immunitaire (organes lymphoïdes primaires et secondaires, cellules immunes circulantes, molécules immunes)

- système endocrinien (organes endocriniens, hormones).

II) Les cellules épithéliales :

A) caractéristiques générales : le tissu épithélial « classique » (en excluant donc les tissus apparentés aux tissu épithélial) est formé de cellules dites épithéliales qui sont jointives, et  reposent sur une fine lame de matrice extracellulaire nommée lame basale (ou membrane basale). Les cellules épithéliales présentent 4 principales caractéristiques:

1) la cohésion : les cellules épithéliales sont maintenues jointives par un ensemble de système de jonctions qui s’établissent entre cellules épithéliales ainsi qu’entre cellules épithéliales et  lame basale.

2) la polarité : les cellules épithéliales présentent une distribution très asymétrique des composants de leur cytoplasme. On parle de pôle basal pour désigner la portion de cytoplasme localisée à proximité de la lame basale et de pôle apical pour désigner le « sommet » du cytoplasme. Les cellules épithéliales présentent également une distribution asymétrique des composants de leur membrane plasmique. On distingue ainsi le  le domaine basolatéral et le domaine apical. 

3) la morphologie épithéliale : du fait de fortes interactions cellule-cellule et cellule-lame basale, les cellules épithéliales adoptent toujours la forme d'un cube ou d'un cylindre plus ou moins aplati (pas de forme ronde comme les cellules sanguine, étoilée comme les astrocytes et les neurones, ou fusiforme comme les cellules musculaires)

4) la présence de filaments intermédiaires de cytokératine : Les cytokératines forment une famille de 20 protéines, spécifiques des cellules épithéliales. Au sein d’un même épithélium, les cellules épithéliales peuvent exprimer différents sous-types de cytokératine. Au sein d’un même épithélium, on peut observer différentes sous-populations de cellules épithéliales qui expriment différentes cytokératines. Chaque type d’épithélium présente un pattern d’expression des cytokératine qui lui est propre. Les cytokératines sont les filaments intermédiaires spécifiques des cellules épithéliales. On ne trouve pas dans les cellules épithéliales les filaments intérmédiares caractéristiques d’autres types cellulaires : la vimentine présente dans les fibroblastes, la desmine dans les cellules musculaires, la GFAP dans les astrocytes ou encore les neurofilaments dans les neurones.

B) systèmes de jonctions :

Les systèmes de jonction assurent la cohésion et la communication au sein du tissu épithélial. Ils se divisent en 2 grandes catégories : systèmes de jonction intercellulaire et système de jonction entre cellule et lame basale.

1) Systèmes de jonction intercellulaire :

Bien qu’étant présents dans la plupart des tissus, ils sont particulièrement abondants dans le tissu épithélial. Aucun d’entre aux n’est strictement spécifique du tissu épithélial. Leur organisation au sein du tissu épithélial est par contre spécifique. On en distingue 3 types: les jonctions serrées, les jonctions d’ancrage et les jonctions communicantes. On parle de zonulalorsque ces systèmes de jonction (SJ) forment une ceinture ou un anneau s’étendant sur une large zone de la membrane plasmique. On parle alors de macula lorsque ces SJ s’étendent sur des surfaces limitées de la membrane plasmique.

a) Jonctions serrées :

* terminologie : ces SJ sont encore appelés Zonula Occludens (Z0) car, d’une part elles forment un anneau (ceinture) entourant le pourtour de la cellule (Zonula) et d’autre part, elles permettant une occlusion complète de l’espace intercellulaire (Occludens). Pour désigner les jonctions serrées on parle également de jonctions étanches, de jonctions imperméables ou de tight junctions. Les Jonctions serrées ne sont pas spécifiques des tissus épithéliaux mais on les observe essentiellement dans les tissus épithéliaux et dans les tissus apparentés aux tissus épithéliaux, (par exemple, les endothélium).

* ultrastructure : Au niveau des zonula occludens, les membranes cytoplasmiques des cellules adjacentes fusionnent sur de courtes distances au niveau de crêtes jonctionnelles encore appelées foyers de fusion. La juxtaposition de ces foyers de fusion conduit à la formation de lignes de fermetures. Ces lignes s’entrecroisent et forment un réseau plus ou moins dense qui ceinture les cellules épithéliales et forme une zonula occludens. Cette ZO va constituer la « frontière » qui sépare, au plan physique et fonctionnel, le domaine apical du domaine baso-latéral (Cf infra).


* structure moléculaire : trois catégories de molécules participent à la formation des jonctions serrées :

- des molécules transmembranaires qui au niveau des foyers de fusion vont interagir étroitement avec les molécules transmembranaires situées en vis-à-vis, à la façon d’une fermeture éclair.

- des protéines d’attachement intracellulaire sur lesquelles s’arriment les molécules transmembranaires. Au sein des ZO, ces protéines d’attachement forment ce que l’on appelle la plaque cytoplasmique (ou plaque intracytoplasmique).

- des molécules du cytosquelette qui s’insèrent sur les protéines de la plaque.

Il faut noter que cette organisation générale est également observée au niveau des jonctions d’ancrage, avec toutefois mise en jeu de molécules qui sont spécifiques aux jonctions d’ancrage. Dans les jonctions serrées, les principales molécules du domaine transmembranaire sont l’occludine, les claudines et les JAM (plus récemment identifiées)(JAM = junctional adhesion molecules). Les molécules formant les plaques cytoplasmiques sont les protéines ZO-1 et ZO2. Les protéines du cytosquelette participant à la formation des jonctions serrées sont des microfilaments d’actine (pour mémoire, ces filaments d’actine s’attachent aux plaques par l’intermédiaire de molécules de spectrine ; la spectrine n’est pas une molécule spécifique des globules rouges…).

* fonctions : dans les tissus épithéliaux, les ZO assurent 2 fonctions principales.

i) fonction d’adhérence : les ZO maintiennent la cohésion des tissus épithéliaux en participant à l’adhérence intercellulaire 

ii) fonction de barrière : cette fonction s’exerce au niveau de la membrane plasmique mais également au niveau de l’espace para-cellulaire situé entre deux cellules épithéliales adjacentes. Au niveau de la membrane plasmique des cellules épithéliales, les jonctions serrées bloquent la circulation des protéines et des lipides au sein de la bi-couche lipidique. Les JS délimitent ainsi un domaine membranaire apical et un domaine membranaire basolatéral. Les JS bloquent également le flux de molécules et d’ions au niveau de l’espace paracellulaire. Elles délimitent ainsi deux compartiments de compositions moléculaires distinctes : l’un en regard du pôle apical et l’autre en regard du pôle basal de la cellule. Le passage sélectif de certaines molécules à travers les JS reste toutefois possible, aussi bien dans l’espace paracellulaire qu’au sein de la membrane plasmique.

b) Les jonctions d’ancrage : Elles ont la même structure générale que les jonctions serrées, mais permettent le passage des molécules dans l’espace paracellulaire ou au sein de la membrane plasmique. On distingue 2 type de jonctions d’ancrage : les jonctions adhérentes et les desmosomes.

b-1 Les jonctions adhérentes :

* ultrastructure : Dans les tissus épithéliaux, les jonctions adhérentes forment une ceinture d’adhérence nommée Zonula Adhaerens qui est localisée juste en dessous de la Zonula Occludens. Dans les tissus non épithéliaux, les jonctions adhérentes sont très fréquentes mais prennent alors essentiellement la forme de points d’union nommés macula adhaerens. On trouve toutefois des Zonula Adhaerens dans un tissu non épithélial : le tissu musculaire myocardique.

* structure moléculaire : les principales molécules transmembranaires des jonctions adhérentes sont les molécules decadhérine. Il s’agit d’une famille de molécules comprenant la E-Cadhérine, initialment décrite dans les épithéliums, la N-Cadhérine initialement décrite dans les neurones, la P-Cadhérine initialment décrite dans le Placenta et la VE-Cadhérine initialement décrite dans les endothéliums. Ce sont des molécules d’adhérences homophiliques (qui s’associent entre elles) et dont l’activité est calcium-dépendante (inactive en l’absence de calcium). Parmi les cadhérines, on considère que la E-cadhérine joue un rôle essentiel dans le maintien de la morphologie et de la structure des tissus épithéliaux.  Les plaques intra-cytoplasmiques sont formées de molécules de caténine (alpha, beta et gamma) et de plakoglobine. L’importance des forces de liaison associant les caténines aux Cadhérines dépend du degré de phosphorylation de caténines. Des signaux intracellulaires peuvent ainsi conduire au desassemblage des Zonula adhaerens par défaut d’interaction caténine-cadhérine. D’autres signaux intracellulaires, en particulier les GTPases, peuvent également perturber la fonction des Cadhérines, et en particulier la E-Cadhérine. Les éléments du cytosquelette s’attachant aux plaques cytoplasmiques des jonctions adhérentes sont des microfilaments d’actine, comme observés dans les jonctions serrées. (pour mémoire : toutefois, à la différence des jonctions serrées, ces microfilaments d’actine sont orientés parallèlement à la membrane plasmique.)

* fonctions : les Zonula Adhaerens permettent la constitution de réseaux intercellulaires de microfilaments d’actine. On considère que le réarrangement coordonné de ces réseaux d’actine joue un rôle important au cours du développement. Les Zonula Adhaerens ont également un rôle majeur dans le maintien de l’homéostasie du tissu épithélial (défaut de fonctions de la E-Cadhérine impliqué dans la cancérogénèse).

 b-2 Les desmosomes :

* ultrastructure : il s’agit de jonctions d’ancrage présentant une morphologie ultrastructural caractéristique en bouton pression. Dans les tissus épithéliaux, les desmosomes sont répartis de manière organisée dans la zone sous-jacente à la zonula adhaerens.

* structure moléculaire : Les molécules transmembranaires des desmosomes sont des cadhérines d’un sous-type particulier et que l’on nomme desmocolline et desmogléine. La plaque cytoplasmique est formée de molécules de plakoglobine et de desmoplakine. À la différence des jonctions serrées et des jonctions adhérentes, les éléments du cytosquelette reliés aux plaques cytoplasmiques des desmosomes sont des filaments intermédiaires. Dans les cellules épithéliales, il s’agit toujours de filaments de cytokératine.

* fonctions : Dans les tissus épithéliaux, les desmosomes permettent la formation de réseaux intercellulaires de cytokératine. Ces réseaux participent à la cohésion architecturale du tissu épithélial et permettent la transmission et l’amortissement des forces mécaniques s’exerçant sur les cellules épithéliales.

c) les jonctions communicantes :

* ultrastructure : encore appelées gap junction, ces jonctions formées de petits canaux tubulaires permettant le passage de molécules entre cellules adjacentes. Ces jonctions sont présentes dans la plupart des tissus de l'organisme. 

* structure moléculaire : contrairement aux autres systèmes de jonctions, les jonctions communicantes sont exclusivement formées de molécules transmembranaires qui n’interagissent pas avec des protéines cytoplasmiques ou des éléments du cytosquelette. Ces molécules transmembranaires appartiennent à la famille des connexines. Chaque cellule participant à la formation d’un canal intercellulaire envoie un hémi-canal nommé connexon qui est constitué de 6 molécules de connexines assemblées en cylindre. L’aboutement de deux connexons faisant saillie des membranes plasmiques de deux cellules adjacentes conduit à la formation d’un canal tubulaire, formé de 12 molécules de connexines, qui traverse l’espace intercelluaire. Les jonctions communicantes regroupent parfois plusieurs centaines de connexons qui se font vis-à-vis. Plusieurs dizaines de connexines ont été identifiés qui présentent chacune un patron d’expression tissu-spécifique.

* fonctions : Les jonctions communicantes permettent le passage d’ions et de petites molécules de PM inférieur 1500 daltons. Le  passage de seconds messagers intracellulaires tel que le calcium et l’AMP cyclique permet une régulation coordonnée de l’activité cellulaire, on parle de couplage fonctionnel. La diversité moléculaire des connexines se traduit par une perméabilité sélective des jonctions gap. Selon leur type, les connexines sont perméables à des molécules de poids moléculaire et de charge électrique différents. Le Ph Cytosolique ainsi que la concentration intra-cytoplasmique de Calicium contrôlent le degré d’ouverture des jonctions gap. Ces jonctions  oscillent ainsi entre un état ouvert et un état fermé, comme les canaux ioniques conventionnels.

d) les complexes de jonction : la répartition des systèmes de jonctions dans les cellules épithéliales répond à une organisation stricte qui est spécifique des tissus épithéliaux. On appelle complexe de jonction le regroupement ordonné dans le domaine baso-latéral (mais à proximité du domaine apical) de la zonula occludens, de la zonula adhaerens et d’une rangée parallèle de desmosomes. En dehors du complexe de jonction, on observe dans le domaine baso-latéral, une disposition apparemment aléatoire  de jonctions gap et de desmosomes.

Ces SJ s’établissant entre cellules épithéliales et matrice de la lame basale. Ils sont de deux types : les hémi-desmosomes et les plaques d’adhérences encores appelés contacts focaux. Leur structure générale est proche de celle des jonctions d’ancrage et des jonctions serrées : une molécule transmembranaire qui interagit avec une plaque cytoplasmique elle-même associée à des molécules du cytosquelette. Retenir que les molécules transmembranaires appartiennent à la famille des intégrines. Les intégrines sont une large famille de molécules reconnaissent des peptides portés par différentes molécules de la MEC (matrice extra-cellulaire). Parmi ces molécules, citons la fibronectine ou la laminine (Pour mémoire, la plaque cytoplamique est formée essentiellement de taline et de vinculine pour les contacts focaux et de plectine pour les hémidesmosomes. Par ailleurs, les contact focaux interagissent avec des microfilaments d’actine et les hémidesmosomes avec des filaments intermédiaires de cytokératine).

3) Pathologies des systèmes de jonctions :

La principale pathologie des SJ actuellement identifiée est une maladie auto-immune de la peau nommée pemphigus ou maladie bulleuse. Chez les patients atteints de Pemphigus, on observe une dislocation de l'épiderme dont la conséquence est la formation de bulles. Des auto-anticorps antidesmogléines sont détectés dans le sérum de ces patients par technique d’immunohistofluorence. En bref, sur une coupe de peau normale set incubé du sérum de patients puis un Ac anti-Immunoglobuline humaine couplé à un fluorochrome.

On considère actuellement qu’au moins deux autres types de pathologies épithéliales impliquent les systèmes de jonctions : les pathologies cancéreuses et les maladies infectieuses.

La cancérisation des tisus épithéliaux s’accompagne fréquemment de mutations du gène de la E-Cadhérine ou d’un défaut d’expression de la E-Cadhérine (passage de la forme E à la forme N). Les conséquence sont l’acquisition d’un caractère invasif de la cellule tumorale qui n’est plus solidaire du reste de l’épithélium. Par ailleurs, on observe une dissociation du couple Cadhérine/Caténine et la migration de la caténine vers le noyau elle est exerce une activité d’induction de la prolifération cellulaire.

Un certain nombre de pathogènes utilisent les molécules transmembranaires des systèmes de jonctions pour pénétrer dans les épithéliums et diffuser dans l’organisme.

C) Polarité

Si presque toutes les cellules de l’organisme présentent un certain degré d'asymétrie, les cellules épithéliales sont particulièrement polarisées et cette polarité s’exprime aussi bien au plan morphologique, moléculaire que fonctionnel.

1) polarité morphologique : elle concerne la membrane plasmique et le cytoplasme. Au niveau de la membrane plasmique, plusieurs caractéristiques morphologiques différencient le domaine apical du domaine baso-latéral des cellules épithéliales. Ainsi, le domaine apical présente fréquemment des expansions cytoplasmiques de taille et de complexité variables allant des simples microvillosités aux cils vibratiles. Le domaine baso-latéral est le siège de nombreux systèmes de jonctions (intercellulaires ou entre cellule et matrice). Au niveau du cytoplasme, le pôle basal contient le noyau et l’ensemble des composants cellulaires nécessaires aux processus fondamentaux : mitochondries, REG, appareil de Golgi. Le pôle apical est parfois rempli de vésicules de sécrétion qui vont fusionner avec le domaine apical pour libérer leur contenu dans l’espace extra-cellulaire (cellules épithéliales à activité sécrétoire).

2) polarité moléculaire : Dans la membrane plasmique, la distribution et la circulation sont strictement maintenues au sein des deux domaines que sépare la zonula occludens : le domaine apical et le domaine baso-latéral. Les molécules membranaires sont synthétisées dans le cytoplasme puis triées a leur sortie du Glogi et adressées vers leur localisation membranaire apicale ou baso-latérale.  Par ailleurs, cette distribution spécifique est maintenue par le blocage de circulation intra-membranaire, d’un domaine vers l’autre de la membrane plasmique, de manière bilatérale. Par contre, un passage trans-cytoplasmique, d’un domaine membranaire vers l’autre reste possible. Ce phénomène est nommé transcytose. Ces différents processus sont contrôlés de manière spécifique par chacun des éléments du cytosquelette. En particulier, les microtubules participent spécifiquement à l’adressage des molécules du domaine apical et au phénomène de transcytose. Le phénomène de transcytose est mis à profit par le virus du SIDA (virus HIV) pour traverser la barrière épithéliale des muqueuses (génitales ou rectales) et infecter les cellules immunes localisées dans le tissu conjonctif sous-jacent à l'épithélium (chorion dans le cas des muqueuse, Cf cours N°2 sur le tissu épithélial).

3) polarité fonctionnelle : elle découle des polarités morphologique et moléculaire. Un bon exemple de polarité fonctionnelle est fourni par les cellules épithéliales de l’intestin grêle. La principale fonction de ces cellules est l’absorption de nutriments i.e leur transport depuis la lumière intestinale vers le sang. Le pôle apical de ces cellules fait face à la lumière intestinale alors que le pôle basal est en contact avec la lame basale et la MEC sous-jacente au niveau de laquelle circulent des vaisseaux sanguins. La présence de JS impose que les nutriments empruntent la voie de passage transcellulaire depuis la lumière intestinale jusqu'à la MEC ou ils vont diffuser dans les vaisseaux sanguins. Si on prend l’exemple du glucose, le passage transcellulaire du glucose nécessite ainsi deux types de protéines membranaires : i) des transporteurs actifs du glucose qui sont couplés au sodium et qui sont localisés dans le domaine apical des cellules ; ii) des protéines porteuses qui vont permettre la diffusion facilitée du glucose vers la MEC et l'espace paracellulaire basolatéral.