Générer des lignées cellulaires spécifiques à partir de cellules souches pluripotentes induites et de cellules souches embryonnaires est le Saint Graal de la médecine régénérative. Guider les CSPi vers une lignée cellulaire cible a suscité beaucoup d’attention, mais le processus reste difficile. Aujourd’hui, des chercheurs japonais ont découvert qu’un aptamère d’ADN anti-nucléoline, iSN04, peut déterminer la lignée d’une cellule au cours de la différenciation. En démontrant la génération de cardiomyocytes à partir de cellules souches pluripotentes murines, leur concept s’avère prometteur en tant que thérapie régénérative.
L’auto-renouvellement et la pluripotence – la capacité de former n’importe quelle lignée cellulaire – sont des caractéristiques inhérentes aux cellules souches pluripotentes induites (CSPi). En outre, ils sont très prisés dans les thérapies régénératives ciblant les maladies cardiovasculaires, neurologiques et métaboliques, car ils sont immunologiquement adaptés à la transplantation chez un donneur. Malheureusement, la médecine régénérative n’est pas encore réalisable en dehors du laboratoire, car les protocoles disponibles pour générer des cellules cibles sont compliqués et coûteux. Cela soulève une question pertinente : la régulation du sort des cellules souches en milieu clinique et à grande échelle peut-elle être rendue plus économique ?
Une équipe de chercheurs de l’Université de Shinshu, de l’Institut national des sciences et technologies industrielles avancées et de l’Université de Shizuoka au Japon a décidé de répondre à cette question en exploitant les aptamères d’acide nucléique. Les aptamères sont des morceaux d’ADN simple brin qui se lient aux protéines cibles et sont capables de moduler les cascades de signalisation au cours de la différenciation cellulaire lorsqu’une cellule souche s’engage dans un rôle fonctionnel ou un phénotype spécifique. Ils sont prometteurs en médecine régénérative car ils sont facilement modifiés, peuvent être synthétisés de manière économique et conviennent au stockage à long terme.
L’équipe, dirigée par le professeur agrégé Tomohide Takaya du Département des sciences agricoles et de la vie de l’Université de Shinshu, a récemment découvert qu’un aptamère anti-nucléoline, l’oligodésoxynucléotide myogénétique iSN04, induisait une différenciation myocardique dans les cellules souches embryonnaires (CSE). L’étude a été dirigée par Mina Ishioka, une étudiante diplômée du laboratoire du Dr Takaya, et publiée dans La Revue internationale des sciences moléculaires le 21 septembre 2023.
« Nous avions précédemment découvert qu’iSN04 favorisait la différenciation des cellules précurseurs myogéniques (myoblastes) en cellules musculaires squelettiques et avions émis l’hypothèse que l’aptamère améliorait également la différenciation des cellules souches pluripotentes. Nous étions intrigués par la perspective d’utiliser iSN04 pour promouvoir la différenciation des iPSC en cardiomyocytes comme cela pourrait conduire à la régénération du tissu cardiaque », », explique le Dr Takaya, en élaborant sur la motivation de l’équipe à poursuivre la recherche.
À l’aide de divers tests tels que le séquençage de l’ARN, la coloration et l’imagerie cellulaires, ainsi que l’analyse des interactions et des voies moléculaires, les chercheurs ont étudié l’effet de l’iSN04 sur les ESC et les iPSC murins. Le traitement par iSN04 dans des conditions différenciées a inhibé l’engagement des cellules souches dans la lignée cardiaque. Cependant, lorsque ces cellules souches pluripotentes ont été traitées après avoir subi des conditions différenciées pendant cinq jours, des gènes marqueurs spécifiques ont été régulés positivement et les cellules se sont engagées à former des cardiomyocytes battants.
« Notre rapport est le premier à confirmer un aptamère d’ADN qui permet aux cardiomyocytes de se développer à partir des iPSC », » explique le Dr Takaya lorsqu’on l’interroge sur l’importance de ce travail. « Nous avons découvert deux mécanismes d’interférence nucléoline avec iSN04 en jeu, dans lesquels un traitement précoce inhibe la cardiomyogenèse, tandis qu’un traitement ultérieur améliore la génération de progéniteurs cardiaques. Premièrement, iSN04 régit la translocation de la protéine nucléoline entre le cytoplasme, la membrane plasmique et le noyau. Deuxièmement, cela entraîne la modulation de la voie de signalisation Wnt qui régit la différenciation cellulaire. »
Les expériences d’immunocoloration ont révélé que la nucléoline était retenue dans les nucléoles après le traitement par iSN04. La nucléoline nucléolaire joue un rôle dans le remodelage de la chromatine et la transcription des gènes et, chose intéressante, les gènes de la voie Wnt ont été exprimés de manière différentielle dans les données de séquençage d’ARN après la suppression d’iSN04. L’équipe postule que la nucléoline ancrée à iSN04 modifie l’expression des gènes et la signalisation Wnt. En fin de compte, la différenciation des cellules terminales s’engage sur la lignée des cardiomyocytes.
Et quel impact ces découvertes pourraient-elles avoir sur la médecine régénérative et sur la vie des patients à long terme ? Le Dr Takaya donne un aperçu des implications plus larges de leurs travaux. « Nous pensons qu’il existe de solides arguments en faveur d’études plus approfondies évaluant les aptamères à ADN en médecine régénérative. Les aptamères sont rentables et ouvrent la possibilité de produire des cellules spécifiques à partir des cellules souches du patient. Mais cela ne s’arrête pas là ! les aptamères peuvent réguler le destin des cellules souches, ils peuvent servir d’agents thérapeutiques pour de nombreuses conditions liées au dysfonctionnement des cellules souches, » conclut-il.
