Les scientifiques du Scripps Research Institute (TSRI) ont trouvé une nouvelle approche de la « reprogrammation » des cellules adultes ordinaires en cellules souches.

Dans une étude publiée aujourd'hui dans un article d'Advance Online dans Biotechnologie naturelle , les scientifiques du TSRI ont passé au crible une bibliothèque de 100 millions d'anticorps et en ont trouvé plusieurs qui peuvent aider à reprogrammer les cellules matures ressemblant à la peau en cellules souches connues sous le nom de cellules souches pluripotentes induites (IPSC).

La fabrication d'IPSC à partir de types de cellules plus matures implique normalement l'insertion de quatre gènes de facteurs de transcription dans l'ADN de ces cellules. Les anticorps identifiés par les scientifiques peuvent être appliqués à des cellules matures, où ils se lient à des protéines à la surface cellulaire, en remplacement de trois des insertions de gènes de facteurs de transcription standard.

"Ce résultat suggère qu'en fin de compte, nous pourrions être capables de fabriquer des IPSC sans rien mettre dans le noyau de la cellule, ce qui signifie potentiellement que ces cellules souches auront moins de mutations et de meilleures propriétés globales, " a déclaré l'auteur principal de l'étude Kristin Baldwin, professeur agrégé au département de neurosciences de l'IRST.

Les IPSC peuvent être fabriqués à partir des propres cellules des patients, et ont une multitude d'utilisations potentielles dans les thérapies cellulaires personnalisées et la régénération d'organes. Cependant, aucune des utilisations cliniques envisagées par les IPSC n'a encore été réalisée, en partie à cause des risques inhérents à leur fabrication.

La procédure standard d'induction IPSC, développé il y a une décennie et connu sous le nom d'OSKM, implique l'insertion dans des cellules adultes de gènes pour quatre protéines de facteur de transcription :Oct4, Sox2, Klf4 et c-Myc. Avec ces gènes ajoutés et actifs, les protéines de facteur de transcription qu'ils codent sont produites et reprogramment à leur tour les cellules pour devenir des IPSC.

Un problème avec cette procédure est que les événements d'insertion virale ou la surproduction des facteurs de reprogrammation nucléaire peuvent endommager l'ADN cellulaire d'une manière qui rend la cellule cancéreuse. Une autre est que cette reprogrammation nucléaire produit généralement une collection d'IPSC avec des propriétés variables. "Cette variabilité peut être un problème même lorsque nous utilisons des IPSC en laboratoire pour étudier des maladies, " a déclaré Baldwin.

En revanche, au cours du développement animal ordinaire, l'identité cellulaire est altérée par des signaux moléculaires provenant de l'extérieur de la cellule et induisant des changements dans l'activité des gènes, sans aucune insertion risquée d'ADN. Pour trouver des voies naturelles comme celles-ci - à travers lesquelles des cellules ordinaires pourraient être transformées en IPSC - Baldwin et son laboratoire se sont associés au laboratoire TSRI de Richard Lerner, le professeur Lita Annenberg Hazen d'immunochimie. Lerner a contribué au développement et au criblage de grandes bibliothèques d'anticorps humains pour trouver de nouveaux médicaments à base d'anticorps et des sondes scientifiques.

Dans ce cas, l'équipe, y compris l'étudiant diplômé Joel W. Blanchard et l'associé de recherche postdoctoral Jia Xie, qui étaient les auteurs principaux, mis en place une bibliothèque d'environ 100 millions d'anticorps distincts et l'ont utilisée pour trouver ceux qui pourraient remplacer les facteurs de transcription OSKM.

Dans une première série d'expériences, les chercheurs ont essayé d'identifier des anticorps qui peuvent remplacer à la fois Sox2 et c-Myc. Ils ont établi une grande population de cellules de fibroblastes de souris - souvent utilisées pour fabriquer des IPSC dans des expériences - et ont inséré les gènes des deux autres facteurs de transcription, Oct4 et Klf4. Ensuite, ils ont ajouté leur énorme bibliothèque de gènes d'anticorps à la population de cellules, de telle sorte que chaque cellule a fini par contenir les gènes d'un ou plusieurs des anticorps.

Les scientifiques ont ensuite pu observer lesquelles des cellules ont commencé à former des colonies de cellules souches, indiquant que l'un des anticorps produits par ces cellules avait remplacé avec succès les fonctions de Sox2 et c-Myc et déclenché le changement d'identité cellulaire. Le séquençage de l'ADN de ces cellules a permis aux chercheurs de déterminer les anticorps responsables.

De cette façon, l'équipe TSRI a découvert deux anticorps qui peuvent remplacer Sox2 et c-Myc, et dans une série de tests similaires, ils ont trouvé deux anticorps qui peuvent remplacer un troisième facteur de transcription, 4 oct. Les scientifiques ont montré qu'au lieu d'insérer ces gènes de facteurs de transcription, ils pouvaient simplement fournir les anticorps aux cellules fibroblastiques en culture.

Dans cette première étude, les scientifiques n'ont pas pu trouver d'anticorps qui remplacent la fonction du quatrième facteur de transcription OSKM, Klf4. Cependant, Baldwin s'attend à ce qu'avec un dépistage plus approfondi, elle et ses collègues finissent par trouver également des substituts d'anticorps pour Klf4. "Celui-là, je pense, va nous prendre quelques années de plus à comprendre, " elle a dit.

L'approche de criblage d'anticorps permet en principe aux scientifiques non seulement de trouver des anticorps qui peuvent remplacer les facteurs de transcription OSKM, mais aussi d'étudier les voies de signalisation naturelles par lesquelles agissent ces anticorps.

Dans une démonstration de ce principe, les scientifiques ont découvert que l'un des anticorps remplaçant Sox2 se lie à une protéine de la membrane cellulaire appelée Basp1. Cet événement de liaison bloque l'activité normale de Basp1 et supprime ainsi les contraintes sur WT1, une protéine de facteur de transcription qui fonctionne dans le noyau cellulaire. WT1, déchaîné, modifie alors l'activité de plusieurs gènes, incluant finalement les Sox2, pour promouvoir l'état des cellules souches en utilisant un ordre d'événements différent de celui utilisé lors de l'utilisation des facteurs de reprogrammation d'origine.

Le WT1 (tumeur de Wilms 1) est surproduit dans certains cancers et est considéré comme un oncogène. Ce fait met en évidence une valeur ajoutée de telles études :aider les scientifiques à comprendre la relation entre le développement des cellules cancéreuses et l'état des cellules souches.

Les chercheurs du TSRI prévoient maintenant des études de criblage d'anticorps plus complexes utilisant des cellules humaines plutôt que des cellules de souris.