Des chercheurs de la Washington University School of Medicine à St. Louis ont aidé à mener une étude majeure, financée par les National Institutes of Health (NIH), qui a découvert une riche diversité cellulaire et moléculaire dans les reins sains et malades, créant un atlas des tissus rénaux qui aidera davantage compréhension des lésions et des maladies rénales.
Les scientifiques de la faculté de médecine de l’Université de Washington à Saint-Louis sont parmi les dirigeants d’une multi-institution équipe de recherche qui a construit un atlas axé sur la myriade de cellules du rein. Le but de l’atlas des tissus rénaux est d’approfondir la compréhension des lésions et des maladies rénales.
S’appuyant sur des travaux antérieurs montrant 30 types de cellules dans le rein, les chercheurs ont révélé 51 types de cellules, certaines rares et nouvelles, dans le rein sain et 28 types de cellules apparentées présentant des caractéristiques associées à une blessure ou à la récupération. Ils ont découvert divers microcosmes cellulaires avec de riches signatures génétiques le long des segments du rein associés à l’insuffisance rénale chez les patients ou à la récupération après une blessure. Ensemble, ils ont créé une carte 2D et 3D complète de l’organisation des cellules rénales et de l’identité moléculaire dans les reins sains et malades.
L’étude, financée par l’Institut national du diabète et des maladies digestives et rénales des Instituts nationaux de la santé (NIH), est publiée le 19 juillet dans Nature.
« Nous n’avons pas d’excellentes options de traitement pour les patients atteints de maladie rénale« , a déclaré Sanjay Jain, MD, PhD, professeur de médecine à l’Université de Washington qui a dirigé cette étude avec cinq auteurs co-correspondants. »En cartographiant les signatures moléculaires, nous espérons prédire quels patients risquent d’évoluer vers une insuffisance rénale. Ces connaissances moléculaires nous conduiront un jour à des traitements précis et personnalisés pour nos patients. »
L’équipe de Jain, y compris les co-chercheurs Joseph P. Gaut, MD, PhD, le professeur Ladenson de pathologie et d’immunologie; Anitha Vijayan, MD, professeur de médecine à la Division de néphrologie ; et Eric H. Kim, MD, professeur agrégé de chirurgie, ont travaillé avec d’autres membres du projet de médecine de précision du rein (KPMP), du programme d’atlas biomoléculaire humain (HuBMAP), de l’atlas des cellules humaines et des scientifiques d’autres institutions pour compléter la cellule unique et des tests spatiaux sur près de 100 reins humains sains et malades.
Le Kidney Precision Medicine Project, également soutenu par le NIH, vise à améliorer le traitement des maladies rénales. Il s’efforce de le faire avec l’aide de participants atteints d’une maladie rénale qui acceptent de subir des biopsies rénales uniquement pour contribuer à la recherche. L’étude a également reçu le soutien de HuBMAP, un programme parrainé par le Fonds commun des NIH qui vise à définir spatialement chaque cellule du corps humain sain, et de l’Atlas des cellules humaines, un effort de recherche international visant à recueillir des informations sur au moins 10 milliards de cellules humaines.
La nouvelle recherche est l’une des neuf études publiées simultanément dans les revues Nature Portfolio, présentant le premier ensemble de cartes créées par des chercheurs d’institutions soutenues par HuBMAP. Jain est également co-auteur principal d’une autre des études, publiée dans Nature Communications, qui cartographie les quartiers cellulaires sains et blessés dans les zones où se forment des calculs rénaux et identifie des biomarqueurs dans l’urine qui sont uniques aux patients atteints de calculs rénaux.
La fonction rénale décline lentement après l’âge de 35 ans. Les maladies chroniques telles que le diabète et l’hypertension et l’accumulation de lésions rénales – par impact physique, manque d’oxygène ou les changements dans le flux sanguin vers les reins pendant la chirurgie, les réactions aux médicaments, l’utilisation de drogues récréatives et même la déshydratation – peuvent rapidement accélérer le déclin naturel et provoquer une maladie rénale et, finalement, une insuffisance rénale. Les options de traitement se limitent à la dialyse ou au don d’organes difficiles à obtenir.
À l’aide d’analyses unicellulaires, les chercheurs ont caractérisé les caractéristiques moléculaires des cellules rénales saines et malades dans différents segments rénaux à partir d’échantillons de biopsie rénale de patients. Ils ont également effectué des analyses spatiales pour créer des images 3D de cellules vivant dans des communautés et communiquant avec leurs voisins. Une vision globale de ces relations peut atténuer le ciblage thérapeutique non spécifique de l’ensemble du rein et des communautés cellulaires entières, et ouvrir la voie à de meilleurs médicaments plus précis avec moins d’effets secondaires.
« Nous avons créé un atlas de référence que la communauté peut utiliser comme référence pour obtenir des informations sur la façon dont les maladies rénales se développent », a déclaré Jain, également directeur du Centre de recherche translationnelle sur le rein, qui sert de biodépôt pour les biopsies rénales collectées, dont certaines ont été utilisées dans l’étude dans le cadre du programme Human BioMolecular Atlas. « Nous avons examiné comment les cellules rénales sont organisées, leurs identités moléculaires et comment elles passent d’un état sain à un état malade. Grâce à ces connaissances, nous pouvons commencer à réfléchir aux médicaments ou aux cibles de petites molécules qui peuvent empêcher la progression de la maladie ou favoriser la récupération après une blessure. »
Jain a été surpris par la diversité des types de cellules, y compris interstitielles, immunitaires et endothéliales, découvertes en analysant 300 000 cellules rénales humaines. « Nous avons trouvé plusieurs états cellulaires altérés dans de nombreux segments rénaux différents, reflétant la plasticité des phénotypes cellulaires lorsque les cellules passent par des états sains, de blessure et de récupération », a-t-il déclaré, ajoutant qu’il était impressionné par la complexité de la deuxième version de l’atlas. qui est en cours et consiste à analyser plus d’un million de cellules rénales.
La collaboration a également créé plusieurs ressources que les utilisateurs peuvent exploiter pour identifier et comprendre leurs propres résultats de recherche. Un de ces outils fournit une nomenclature normalisée et des identités de référence des cellules majeures, mineures et rares du rein. Les chercheurs peuvent désormais annoter leurs propres ensembles de données et aider à promouvoir une communication cohérente entre les études de recherche.
L’équipe multidisciplinaire comprend les co-investigateurs Michael T. Eadon, MD, Pierre C. Dagher, MD, et Tarek M. El-Achkar, MD, néphrologues de l’Université de l’Indiana ; Kun Zhang, PhD, professeur de bio-ingénierie qui a mené la recherche à l’Université de Californie à San Diego ; et Matthias Kretzler, MD, PhD, néphrologue et professeur de médecine computationnelle et de bioinformatique à l’Université du Michigan.
