Une nouvelle étude publiée dans Rapports de cellule découverte de données transcriptomiques et protéomiques, de cultures cellulaires et de ressources de lignées cellulaires susceptibles d’améliorer la recherche sur les cellules souches pluripotentes induites (iPSC).
Les résultats ont révélé que le chimérisme de blastocystes inter-espèces entre deux espèces de primates pouvait être obtenu à l’aide d’iPSC.
Sommaire
Arrière plan
Les cellules souches pluripotentes (CSP) offrent une alternative fiable à la génération de cellules spécifiques aux tissus. Les PSC peuvent se différencier en diverses cellules adultes. De plus, ils sont facilement extensibles, permettant une production rapide de quantités thérapeutiquement suffisantes de cellules différenciées.
Les PSC peuvent également être génétiquement modifiés pour réduire leur immunogénicité. Les cellules souches embryonnaires (CSE) sont des cellules pluripotentes issues d’embryons avant leur implantation. Cependant, les débats éthiques entourant les origines des ESC limitent leur application clinique.
Une longue histoire d’utilisation de modèles de primates non humains a été documentée dans la recherche biomédicale. L’espèce humaine est phylogénétiquement proche des primates non humains (PNH). Il convient de noter que les PSN offrent des opportunités uniques d’étudier des aspects de la santé humaine, de la maladie, du développement et de l’évolution qui seraient autrement difficiles – dans des modèles plus divergents sur le plan de l’évolution. Les PSN sont les alternatives les plus identiques aux humains en raison de leur similitude génétique, anatomique et physiologique avec les humains.
Des IPSC ont ensuite été générés à partir d’une grande variété d’espèces de primates non humains. Trois espèces de PNH ont été évaluées dans la présente étude – le chimpanzé (Pan troglodytes), le macaque à queue de cochon (Macaca nemestrina) et le macaque rhésus (Macaca mulatta). Il convient de noter qu’il est à la fois techniquement et moralement difficile d’utiliser des CSPi humains pour produire des organes xénogéniques chez d’autres espèces. En injectant des CSPi de chimpanzé ou de macaque à queue de cochon dans des embryons de macaque rhésus, des embryons chimériques de PNH ont été générés.
L’étude
L’étude suivante a transplanté des iPSC dérivés de deux espèces de PNH, le chimpanzé et le macaque à queue de cochon, dans des blastocystes d’une autre espèce de PNH – le macaque rhésus. La survie et la prolifération des CSPi injectées dans les blastocystes précoces des macaques rhésus ont été évaluées 48 heures après l’injection.
De plus, les chercheurs ont injecté 8 à 12 cellules donneuses iPSC dans les premiers blastocystes de macaques rhésus. La protéine fluorescente rouge tdTomato (tdT) a été utilisée comme marqueur spécifique aux iPSC pour évaluer la survie des iPSC injectés passant par imagerie après injection dans un blastocyste rhésus.
La masse cellulaire interne du rhésus (ICM) et l’expression des gènes impliqués dans la survie des cellules au cours du développement embryonnaire précoce ont été déterminées en comparant les profils de transcriptome de l’ICM du macaque rhésus à des iPSC à queue de cochon et de chimpanzé optimisés. Des embryons de macaque rhésus ont été injectés avec des iPSC transfectés avec une construction de surexpression de BCL2 pour déterminer la fonction de BCL2.
La construction de surexpression de BCL2 comprenait un promoteur CAG pour l’expression constitutive de BCL2 dans les iPSC transfectées et un gène de résistance à la néomycine pour identifier les iPSC transfectées. Pour sélectionner les CSPi transfectées, elles ont été traitées avec de la néomycine pendant trois passages après transfection avec le vecteur BCL2.
Les résultats
Selon l’étude, l’inhibition de la signalisation WNT endogène a augmenté la prolifération des CSPi des chimpanzés et des macaques à queue de cochon, tandis que leur pluripotence et leur intégrité génomique sont restées inchangées.
Un très faible taux de réussite a été observé dans les CSPi de chimpanzé après 48 heures d’injection ; cependant, les CSPi de chimpanzé ont pu survivre 48 heures après l’injection. Dans la formation de chimères interspécifiques, la survie des iPSC dans les blastocystes de macaque rhésus, 48 heures après l’injection, était une première étape importante.
Une évaluation qualitative du réseau de gènes a révélé que les iPSC des chimpanzés et des macaques à queue de cochon exprimaient BCL2 significativement moins que les iPSC rhésus. Il a été proposé que BCL2 jouait un rôle important dans la survie des cellules dans l’ICM au début du développement.
Les résultats ont démontré que BCL2 pourrait être un outil important dans la formation de chimères et le développement d’organes personnalisés à partir des blastocystes NHP.
L’expression de BCL2 dans les CSP de primates n’interfère pas avec leur potentiel de différenciation, ce qui suggère que l’expression ectopique de BCL2 pourrait être utile dans les futures expériences de développement et la génération d’organes liées aux expériences de complémentation de blastocystes.
De plus, les iPSC dérivés de chimpanzés et d’humains sont co-cultivés et co-différenciés, ce qui suggère que les iPSC de chimpanzé peuvent être utilisés comme système de modèle de substitution pour étudier la biologie de l’homme.
Conclusion
En utilisant l’inhibition pharmacologique de la signalisation WNT, les auteurs de cette étude ont amélioré les conditions de culture des iPSC de macaque à queue de cochon et de chimpanzé. In vitroles CSPi de chimpanzé et de macaque à queue de cochon cultivées dans ces conditions peuvent se différencier en cardiomyocytes et en crête neurale, et in vivo, ils peuvent former des tératomes. Enfin, les chercheurs montrent que les CSPi de macaque à queue de cochon et de chimpanzé peuvent se maintenir et se multiplier lorsqu’elles sont injectées dans des blastocystes d’autres PSN, tels que les macaques rhésus.
Limites
Cette étude ne considère pas une in vivo scénario dans lequel les CSPi injectées peuvent former des chimères inter-espèces de primates. Bien que la surexpression de BCL2 favorise efficacement la survie et la prolifération dans l’environnement du blastocyste du macaque rhésus, son application reste controversée en raison de ses effets secondaires potentiels. La question de savoir si d’autres gènes contribuent à la capacité des cellules souches naïves de primates à s’intégrer efficacement dans des espèces étroitement apparentées n’a pas été prise en compte.
La présente étude sur les CSPi de chimpanzé fournira un modèle précieux pour guider les recherches futures sur la médecine régénérative chez l’homme et d’autres primates.
