Dans une étude récente publiée dans la revue Immunologie scientifique, les chercheurs dressent le profil des origines et de la différenciation ultérieure des cellules immunitaires embryonnaires et fœtales au cours du développement pulmonaire humain.
Étude: Développement précoce des cellules immunitaires pulmonaires humaines et son rôle dans le devenir des cellules épithéliales. Crédit d’image : u3d/Shutterstock.com
Sommaire
Que savons-nous actuellement du développement immunitaire du fœtus, et pourquoi cela ne suffit-il pas ?
Des recherches antérieures ont largement documenté les fonctions des cellules immunitaires dans la régénération, le maintien de l’homéostasie, en particulier dans l’intestin et les testicules, et le développement des tissus somatiques. Les études ont visé à élucider la structure, les sous-types et la fonction des cellules épithéliales et mésenchymateuses ; cependant, il existe une lacune dans la compréhension des chercheurs sur les processus et les rôles fonctionnels des cellules immunitaires pulmonaires.
Les cellules immunitaires font partie des cellules les plus critiques responsables de la survie d’un nourrisson dès la naissance. Compte tenu des défenses fournies par les cellules immunitaires des muqueuses associées aux poumons contre les agents pathogènes aéroportés et les toxines inhalées, la pénurie actuelle de littérature sur le sujet est surprenante. Une explication possible de cette lacune dans la littérature pourrait être due à la nature complexe de la différenciation cellulaire au cours du développement embryonnaire et au manque historique de techniques capables de retracer en toute sécurité ces différenciations tout au long de la grossesse.
Une question cruciale qui reste sans réponse est de savoir si les cellules immunitaires pourraient avoir des fonctions allant au-delà de la défense : pourraient-elles moduler ou autrement influencer le développement des tissus dans lesquels elles résident ? Répondre à cette question et à des questions similaires concernant le développement des poumons humains aux niveaux cellulaire et moléculaire pourrait conduire à la genèse de nouvelles interventions cliniques conçues pour réparer et régénérer les poumons, offrant ainsi à des millions, voire des centaines de millions de patients, une alternative à la transplantation pulmonaire.
Des recherches antérieures ont caractérisé la morphologie du développement pulmonaire humain et classé le processus en cinq étapes qui se chevauchent dans le temps. Ceux-ci comprennent le stade embryonnaire entre quatre et sept semaines après la conception (pcw), le stade pseudoglandulaire entre cinq et 17 pcw, le stade canaliculaire entre 16 et 26 pcw, le stade sacculaire entre 24 et 38 pcw et le stade alvéolaire à partir de 36 ans. pcw jusqu’à 21 ans.
Les trois premiers stades, plus précisément entre cinq et 22 pcw, représentent la période de développement pulmonaire la moins bien comprise, bien qu’ils couvrent collectivement l’intégralité de l’évolution des cellules souches épithéliales en poumons presque fonctionnels.
À propos de l’étude
La présente étude visait à évaluer la progression temporelle du système immunitaire fœtal et à élucider son rôle potentiel dans la modulation du développement pulmonaire embryonnaire. Des échantillons fœtaux et embryonnaires humains ont été acquis grâce à la subvention conjointe MRC/Wellcome Trust de la Human Developmental Biology Resource (HDBR).
Les grossesses interrompues entre cinq et 22 pcw ont été utilisées pour obtenir du tissu pulmonaire frais avec le consentement écrit des donneurs. Une analyse caryotypique a été réalisée pour garantir que les échantillons inclus étaient exempts d’anomalies génétiques et représentaient une croissance embryonnaire humaine « typique ».
L’immunohistochimie (IHC) des tissus pulmonaires a été utilisée pour valider les types et la quantité de cellules immunitaires au cours des trois premiers stades du développement pulmonaire embryonnaire. L’analyse IHC a en outre contribué à évaluer l’emplacement des cellules immunitaires observées et leurs variations de cinq à 22 pcw.
Pour améliorer la précision et la fiabilité de la quantification des cellules immunitaires, une quantification tridimensionnelle (3D) par microscopie confocale suivie d’analyses par le logiciel Imaris a été réalisée. Les images 3D calculées ont été comparées aux images 2D à chaque instant tout au long de la durée de l’étude.
La digestion des tissus pulmonaires suivie d’une cytométrie en flux et d’un tri cellulaire activé par fluorescence (FACS) ont été utilisées pour valider les estimations de quantification IHC et élucider les proportions relatives de CD3.+CD4+CD8+et les lymphocytes T régulateurs (Trèglements) en proportion du CD45+ populations pour le même stade de développement, et trier CD45+ cellules comme précurseur du séquençage de l’acide ribonucléique (ARN) unicellulaire (scRNA-sq).
De plus, scRNA-sq a servi le double objectif de valider les résultats de cytométrie en flux et la caractérisation moléculaire des cellules immunitaires à travers des échantillons. L’indexation cellulaire du séquençage des transcriptomes et des épitopes (CITE-seq) a également été utilisée pour améliorer la résolution des résultats.
Des organoïdes pulmonaires embryonnaires humains ont également été utilisés pour des expériences de caractérisation fonctionnelle, notamment des traitements par cytokines, des tests de transcription double suppresseur de mères contre décapentaplégiques (SMAD), ainsi que des cultures de macrophages, de cellules dendritiques (DC) et de cytokines.
Toutes les données obtenues ont été soumises à des analyses statistiques consistant en une analyse de variance unidirectionnelle (ANOVA), une analyse bilatérale non appariée. tests tl’analyse du maximum de vraisemblance résiduelle (REML) et le test de comparaison multiple post hoc de Tukey.
Résultats de l’étude
Les tests scRNA-seq, IHC et organoïdes fonctionnels ont révélé que les populations de cellules immunitaires variaient de manière significative selon les stades de développement fœtal. Les cellules progénitrices et immunitaires innées, y compris les cellules myéloïdes, lymphoïdes innées (ILC) et tueuses naturelles (NK), prédominaient dans les premiers stades de développement, mais ont été progressivement remplacées par les lymphocytes T et B. CD45+ les cellules étaient presque omniprésentes à travers les stades de développement et dans toutes les régions tissulaires associées aux poumons ; cependant, leur quantité relative variait selon le temps et le lieu.
La caractérisation moléculaire des cellules immunitaires a révélé 77 559 profils transcriptomiques, dont 61 757 sont nouveaux pour la science. L’annotation de ces profils suivie d’analyses de regroupement a révélé 59 groupes représentatifs de toutes les catégories de cellules immunitaires connues. Les analyses des progéniteurs de ces catégories ont abouti à la découverte de densités étonnamment élevées de progéniteurs ILC et lymphoïdes précoces (ELP).
Pris ensemble, ces résultats suggèrent que les cellules immunitaires suivent un schéma biphasique au cours du développement fœtal et un pic d’abondance au cours de huit et 20 PCW. Les évaluations quantitatives de la réaction en chaîne par polymérase (qPCR) suggèrent que le pic de 20 pcw pourrait être partiellement dû à la maturation vasculaire.
La maturation des cellules B dans les poumons a été révélée pour la première fois à l’aide de tests IHC et d’hybridation in situ par fluorescence monomoléculaire (smFISH). Cela s’ajoute à un nombre croissant de preuves selon lesquelles la moelle osseuse n’est pas la seule source de cellules B matures, ce qui est contraire aux croyances scientifiques antérieures.
L’expression de l’isotype de l’immunoglobuline (Ig) en tandem avec des tests d’expansion clonale a révélé que, au cours du développement, le mésenchyme pulmonaire et l’épithélium soutiennent l’homéostasie des cellules B grâce à la sécrétion de chimiokines modulatrices, notamment CCL28.
Les résultats collectifs des analyses transcriptomiques et cytokines ont révélé les interactions complexes de plusieurs cytokines sécrétées par les cellules immunitaires, qui, à leur tour, ont été fonctionnellement validées pour affecter la différenciation des cellules épithéliales. Ces résultats suggèrent que les cellules immunitaires remplissent un double objectif de défense et de développement pulmonaire au cours du développement fœtal, confirmant ainsi les hypothèses précédentes.
Conclusions
Dans la présente étude, les chercheurs ont combiné des analyses transcriptomiques de pointe avec l’IHC pour élucider les rôles structurels et fonctionnels des cellules immunitaires au cours du développement fœtal et embryonnaire. Les évaluations des cellules immunitaires fœtales au cours de la période de cinq à 33 PCW ont révélé que la maturation complète des cellules B se produit dans les poumons embryonnaires, ce qui conteste la croyance répandue selon laquelle la moelle osseuse est la seule source de populations matures de cellules B.
L’interleukine-1 bêta (IL-1β) s’est avérée largement produite par des cellules myéloïdes largement dispersées. L’IL-1β, à son tour, s’est avérée moduler et favoriser la différenciation des cellules souches épithéliales, soulignant le double rôle des cellules immunitaires dans la défense et le développement épithélial pulmonaire.
Ensemble, ces résultats fournissent un atlas immunitaire du développement des poumons humains et suggèrent un rôle des cellules immunitaires fœtales dans le développement directeur de l’épithélium pulmonaire.
