Les modèles murins de mutations spontanées ou d’invalidation de gènes, ainsi que les phénotypes qui en résultent, sont présentés dans le Tableau I.

Tableau I. Modèles d’ostéopétrose décrits chez la souris et leur correspondance, quand elle existe, chez l’homme. L’invalidation ou la mutation spontanée des gènes décrits dans ce tableau entraîne le développement d’une ostéopétrose qui peut être soit sévère, avec une absence de résorption osseuse se traduisant par une augmentation généralisée de la densité osseuse, une absence d’éruption dentaire et une létalité précoce, soit modérée, avec une diminution de la résorption osseuse se manifestant par une augmentation modérée de la densité osseuse, sans létalité.

Tableau I. Modèles d’ostéopétrose décrits chez la souris et leur correspondance, quand elle existe, chez l’homme. L’invalidation ou la mutation spontanée des gènes décrits dans ce tableau entraîne le développement d’une ostéopétrose qui peut être soit sévère, avec une absence de résorption osseuse se traduisant par une augmentation généralisée de la densité osseuse, une absence d’éruption dentaire et une létalité précoce, soit modérée, avec une diminution de la résorption osseuse se manifestant par une augmentation modérée de la densité osseuse, sans létalité.

Trois modèles animaux présentant un arrêt ou une diminution de la différenciation des progéniteurs myéloïdes en précurseurs myélomonocytaires ont permis de démontrer que le facteur de transcription PU.1, exprimé par les cellules hématopoïétiques [ 2], ainsi que le couple M-CSF (macrophage-colony stimulating factor)/c-FMS (récepteur du M-CSF, présent à la surface des précurseurs myélomonocytaires) [ 3, 4], sont essentiels à la première étape de l’ostéoclastogenèse. À l’issue de cette première phase de différenciation, les précurseurs myélomonocytaires peuvent s’engager dans différentes voies pour donner des macrophages, des ostéoclastes ou des cellules dendritiques. Cet engagement est contrôlé, au moins en partie, par c-Fos, facteur de transcription appartenant au complexe AP1, qui favoriserait la voie ostéoclastique par rapport aux voies macrophagique et dendritique ; en effet, les souris c-Fos^−/− ont plus de macrophages que les souris témoins [ 5], et il a été démontré, in vitro, que c-Fos active la différenciation des ostéoclastes et inhibe celle des cellules dendritiques [ 6].

La fin des années 1990 a vu se dessiner le rôle primordial, dans l’ostéoclastogenèse, du ligand de RANK (RANK-L), appartenant à la superfamille du TNF (tumor necrosis factor), de son récepteur RANK (receptor activator of nuclear factor κB) et de l’ostéoprotégérine (OPG) (Figure 2). Alors que RANK-L, synthétisé par les cellules stromales, est un activateur de la différenciation par l’intermédiaire de sa fixation au récepteur RANK présent à la surface des précurseurs ostéoclastiques, l’ostéoprotégérine, facteur soluble synthétisé par les cellules du microenvironnement osseux, inhibe les interactions entre RANK-L et RANK et module donc la différenciation des précurseurs ostéoclastiques [ 7]. La mutation des gènes Rank-L ou Rank se traduit par un déséquilibre du métabolisme osseux et par des atteintes du système immunitaire [ 8, 9].

La liaison de RANK-L sur RANK déclenche une cascade de signalisation impliquant en particulier l’activation de NF-κB (Figure 2). Ce facteur de transcription est un dimère constitué de plusieurs combinaisons de protéines très proches structurellement, p50 (NF-κB1), p52 (NF-κB2), p65 (RelA), c-Rel (Rel) et RelB. L’invalidation de chacun des gènes correspondants conduit à des anomalies de fonctionnement du système immunitaire chez la souris [ 10, 11]. Cependant, et malgré l’importance de la voie de signalisation de NF-κB dans l’ostéoclastogenèse, aucune atteinte du métabolisme osseux n’a été rapportée chez ces animaux. En revanche, l’observation d’une ostéopétrose chez les doubles mutants p50^−/− p52^−/− suggère que les deux protéines p50 et p52, dont les séquences primaires sont très similaires, ont vraisemblablement une action redondante [ 12, 13].

Dans cette seconde catégorie de modèles d’ostéopétrose, les ostéoclastes sont présents, mais inactifs en raison d’un défaut affectant des protéines impliquées dans différentes fonctions : adhérence et mobilité des ostéoclastes, résorption de la matrice osseuse organique et minérale.

Les TRAF (TNF receptor-associated factors) jouent un rôle essentiel dans l’activité des ostéoclastes (Figure 2 et Tableau I). Le recrutement de TRAF-6 après la liaison de RANK-L sur son récepteur aboutit ainsi à l’activation de NF-κB, ainsi que de c-Src, une protéine à activité tyrosine-kinase également impliquée dans les cascades de signalisation du M-CSF. Cette protéine intervient également dans les voies de signalisation des intégrines, qui contrôlent l’attachement de l’ostéoclaste à l’os. La principale intégrine de l’ostéoclaste est le récepteur de la vitronectine, αvβ₃. Son activation par liaison aux protéines matricielles entraîne l’activation de PYK2 (prolin-rich tyrosine kinase), une kinase qui phosphoryle c-Src. Cette association PYK2/c-Src intervient dans la régulation de l’adhérence et de la migration des ostéoclastes (pour revue, voir [ 14]) (→). Les souris chez lesquelles ces gènes ont été invalidés présentent un défaut d’attachement de l’ostéoclate à l’os [ 15– 17]. De son côté, la protéine MITF (microphtalmia transcription factor), activée par une phosphorylation induite par le M-CSF (Figure 2), contrôle l’expression de gènes impliqués dans la survie, la fusion et l’activité des ostéoclastes [ 18, 19]. Le phénotype des animaux portant une mutation du gène Mitf est proche de celui des souris gl/gl qui développent à la fois une anomalie de pigmentation et une ostéopétrose sévère. Les ostéoclastes de ces souris présentent des altérations du cytosquelette et de la formation de la bordure plissée. Le gène gl muté chez ces souris code pour une protéine cytoplasmique dont le rôle n’est pas encore défini [ 20].

(→) m/s 2001, n° 12, p. 1260

Les voies de signalisation de RANK et du M-CSF contrôlent donc non seulement des étapes essentielles de la différenciation, mais également de l’adhérence, de la migration et de l’activité de l’ostéoclaste. Les facteurs de transcription activés par les signaux des voies de RANK-L et M-CSF contrôlent, entre autres, l’expression degènes codant pour les enzymes de dégradation de la matrice organi-que osseuse. Parmi ces enzymes, la phosphatase acide résistante au tartrate (TRAP) participe à la déphosphorylation des protéines matricielles de l’os, et son expression est réglée par PU.1 et MITF. La cathepsine K, dont l’expression est également contrôlée par MITF, est une cystéine-protéinase participant à la dégradation de la matrice osseuse organique. L’invalidation des gènes codant pour ces deux enzymes est associée à une ostéopétrose de type modéré [ 21, 22].

Au contact de la surface osseuse, l’ostéoclaste se polarise et forme une membrane plissée délimitant la lacune de résorption. L’acidification de la lacune de résorption permet la dissolution de la matrice minérale et une activité optimale des enzymes protéolytiques participant à la dégradation de la matrice osseuse organique. Elle fait intervenir la pompe H⁺-ATPase vacuolaire (V-ATPase) et le canal chlore ClC7 (Figure 3) (pour revue, voir [ 23]) (→). Ce système d’acidification est altéré dans deux modèles d’ostéopétrose, la souris ostéosclérotique oc/oc [ 24] et la souris Clcn7^−/− [ 25]. Nous avons montré que les souris oc/oc portent une mutation spontanée du gène Tcirg1 (T cell immune regulator 1), également appelé Atp6i, codant pour l’isoforme α3 de la sous-unité de 116 kDa de la V-ATPase [ 26]. L’invalidation de ce gène reproduit le phénotype des souris oc/oc [ 27]. Chez la levure, deux protéines homologues de la sous-unité α, Vph1p et Stv1p, contrôlent le ciblage de la V-ATPase vers différents compartiments cytoplasmiques [ 28]. La perte d’association entre la V-ATPase et le cytosquelette chez la souris oc/oc suggère que la sous-unité α3 participe à la relocalisation de la V-ATPase de la vacuole vers la membrane plasmique [ 29].

(→) m/s 2001, n° 12, p. 1260

Chez l’homme, deux formes principales d’ostéopétrose sont distinguées. L’ostéopétrose maligne infantile est une maladie à transmission autosomique récessive, dont l’incidence est de 1/200 000, et qui est caractérisée par des symptômes sévères liés à des anomalies du remodelage osseux (retard de croissance, malformations des os des membres et du crâne, retard à l’éruption dentaire), de l’hématopoïèse (hématopoïèse extramédullaire avec hépatosplénomégalie) et neurosensorielles (cécité et troubles du développement psychomoteur pouvant être dus à une compression osseuse ou à la maladie elle-même). En l’absence de traitement, la survie des patients est estimée à 30 % à l’âge de 6 ans, avec une qualité de vie extrêmement médiocre. Infections, hémorragies et anémie rendent compte du décès pendant la première décennie. L’autre forme d’ostéopétrose, à transmission autosomique dominante, recouvre différentes maladies partageant une sémiologie osseuse commune [ 30], parmi lesquelles l’ostéopétrose de type II (maladie d’Albers-Schönberg) est la plus fréquente¹ (environ 1/100 000). Cette maladie reste bénigne, et de nombreux patients sont asymptomatiques : ses caractéristiques majeures sont la survenue fréquente de fractures, une ostéomyélite mandibulaire et une ostéoarthrite de la hanche.

Les patients atteints d’ostéopétrose maligne infantile ont un phénotype équivalent à celui décrit chez la souris oc/oc (Figure 4), avec comme caractéristiques principales une densité osseuse élevée et une réduction des cavités médullaires. Des mutations du gène TCIRG1 ont donc été recherchées chez ces patients, et détectées dans environ 50 % des cas étudiés [ 31– 34]. Si la majorité de ces mutations touche des sites donneurs ou accepteurs d’épissage, des insertions, des délétions ou des mutations non-sens ont également été observées. Des mutations ponctuelles entraînant des modifications d’acides aminés conservés dans les séquences des homologues de TCIRG1 de plusieurs espèces ont également été décrites. Ces mutations entraînent probablement la production de protéines non fonctionnelles, ou d’ARNm instables ou ne pouvant être traduits correctement [ 33]. Cependant, toutes ces mutations ne sont pas présentes à l’état homozygote : certains patients sont des hétérozygotes composites et, dans certains cas, des mutations ne sont détectées que sur un seul allèle du gène. Dans tous les cas étudiés, les régions promotrices et les introns du gène n’ont pas été analysés de façon extensive. L’ostéopétrose maligne infantile ayant une transmission de type autosomique récessif, la présence de mutations dans les régions régulatrices ou introniques du gène TCIRG1 ne peut être exclue.

Des mutations du gène CLCN7 ont également été recherchées et détectées dans neuf familles de patients atteints d’ostéopétrose maligne infantile [25, 35, 36]. Elles consistent en insertions, délétions ou mutations non-sens et faux-sens présentes à l’état homozygote ou hétérozygote composite. Des mutations du gène CLCN7 ont également été décrites dans des familles de patients atteints d’ostéopétrose de type II [35, 36]. Ces mutations sont des délétions d’un ou deux nucléotides, ou des mutations faux-sens touchant, là encore, des acides aminés conservés chez tous les membres de la famille des protéines CLC. Cependant, les raisons pour lesquelles des patients porteurs de mutations du gène CLCN7 peuvent avoir un phénotype très sévère (ostéopétrose maligne infantile) ou plutôt bénin (type II), ainsi que des modes de transmission différents (récessif ou dominant), restent à élucider.

Récemment, une étude portant sur 19 patients ne présentant pas de mutation dans les gènes TCIRG1 et CLCN7 a montré la présence d’une mutation du gène GL, sur un site donneur d’épissage, chez un seul de ces patients [20]. Les mutations du gène GL restent donc minoritaires dans l’ostéopétrose maligne infantile.

Les mutations des gènes TCIRG1 et CLCN7 étant respectivement les causes les plus fréquentes d’ostéopétrose maligne infantile et de type II, la recherche systématique de mutations dans ces gènes est donc nécessaire en cas de diagnostic d’ostéopétrose. Cependant, un certain nombre de patients ne présentent pas de mutation dans la séquence codante de ces gènes : ces données suggèrent la présence de mutations dans des régions régulatrices de ces gènes, ou l’intervention d’autres gènes encore non identifiés.