De gauche à droite : Thulaj Meharwade, Loick Joumier et Mohan Malleshaiah.
Une nouvelle étude de l'Institut de recherches cliniques de Montréal (IRCM) découvre une façon prometteuse d'améliorer le potentiel des cellules souches pluripotentes, telles que les cellules souches embryonnaires, couramment utilisées pour des applications de médecine régénérative. L'équipe de recherche a découvert que ces cellules souches peuvent être reprogrammées chimiquement (ou remontées dans le temps) jusqu'au tout début ou au premier stade du développement de l'embryon, améliorant ainsi leur potentiel de développement ou de différenciation.
Ces travaux prometteurs ont été publiés dans la revue Cell Reports et ont été dirigés par le Dr Mohan Malleshaiah, directeur de l'Unité de recherche sur les cellules souches et la reprogrammation cellulaire de l'IRCM et professeur adjoint au département de biochimie et de médecine moléculaire de l'Université de Montréal.
Détails de l'étude
Les cellules souches pluripotentes telles que les cellules souches embryonnaires et les cellules souches pluripotentes induites (iPSC) peuvent être cultivées in vitro et ont le potentiel de se différencier en plusieurs types de cellules embryonnaires d'un organisme (cellules cardiaques, cellules musculaires, neurones, etc.) dans les bonnes circonstances. Elles sont donc de plus en plus utilisées pour la médecine régénérative, la modélisation personnalisée des maladies et la découverte de médicaments.
Bien que les cellules souches pluripotentes soient très prometteuses, elles présentent deux limites majeures.
1) Elles n'ont pas la capacité de générer des types de cellules extraembryonnaires (placenta, sac vitellin, etc.). Contrairement au potentiel "pluri" de ces cellules, le potentiel "total" (capacité à générer des types de cellules embryonnaires et extraembryonnaires) est hébergé par les cellules au tout début du développement de l'embryon. Cependant, ces "cellules souches totipotentes" sont très difficiles à cultiver in vitro, ce qui entrave leur utilisation. Il est donc nécessaire de développer de nouvelles méthodes pour tirer parti du potentiel de différenciation élevé des cellules souches totipotentes.
2) Les cellules souches pluripotentes sont très hétérogènes en culture, c'est-à-dire qu'elles fluctuent continuellement entre des états plus ou moins différenciés. Cette nature peut compromettre l'efficacité de leur différenciation ainsi que la qualité des types de cellules générées. Il est donc essentiel de contrôler leur hétérogénéité pour stimuler leurs applications.
Dans ses efforts pour résoudre ces deux problèmes, l'équipe du Dr Malleshaiah a trouvé un moyen unique de générer des cellules souches totipotentes à partir de cellules souches pluripotentes tout en réduisant l'hétérogénéité des cellules souches, en utilisant des cellules souches embryonnaires de souris comme système modèle.
Nous avons d'abord identifié que la voie de signalisation BMP induit l'état totipotent des cellules souches. Il est intéressant de noter que la fonction de signalisation de la BMP pour la totipotence est cachée car elle active également d'autres voies de signalisation telles que le FGF, le NODAL et le WNT. Nous avons alors conçu une approche chimique pour activer la voie BMP tout en empêchant l'activation d'autres voies. Nous avons ainsi réussi à reprogrammer des cellules souches pluripotentes en cellules souches totipotentes fonctionnelles, explique Thulaj Meharwade, l'un des premiers auteurs de l'étude et doctorant dans le laboratoire du Dr Malleshaiah.
L'approche de reprogrammation chimique que nous avons conçue dans cette étude est également passionnante, car elle a empêché les états différenciés des cellules souches au niveau de la cellule unique. Elle a réduit l'hétérogénéité cellulaire globale d'environ la moitié. En outre, l'approche chimique de la reprogrammation cellulaire est prometteuse par rapport aux approches génétiques, car elle est plus réalisable et plus réversible, explique Loick Joumier, doctorant dans le laboratoire du Dr Malleshaiah et coauteur de l'étude.
Les prochaines étapes consisteront à optimiser l'efficacité de l'approche de reprogrammation et à caractériser en profondeur les cellules souches totipotentes reprogrammées.
Financement
Ces travaux ont été financés par les Instituts de recherche en santé du Canada (IRSC), le Fonds de recherche du Québec - Santé (FRQS), la Fondation canadienne pour l'innovation (FCI) et la Fondation de l’IRCM.
