Quatre étapes pour valider les cellules-souches

La clé pour l'utilisation de cellules-souches en médecine régénératrice et en ingénierie tissulaire réside dans leur pluripotence, soit leur capacité à se différencier en différents types de cellules. Ce qui signifie que nous devons être capables d'obtenir, de cultiver et d'entretenir des cellules-souches pluripotentes de manière fiable.

Il s'est avéré difficile de générer des cellules-souches embryonnaires humaines au premier stade de la pluripotence, dans ce que l'on appelle l'état «fondamental» ou «naïf», alors que cela se fait couramment avec des cellules de souris. Les laboratoires de Rudolf Jaenisch au MIT, Joe Ecker au Salk Institute, et Didier Trono à l'EPFL viennent de développer un processus en quatre étapes pour déterminer les signatures exactes des cellules-souches embryonnaires humaines, et les mettre en relation avec des stades de développement précis. Ces travaux, une première pour les cellules-souches embryonnaires humaines, sont publiés dans Cell Stem Cell.

Le premier critère est de voir dans quelle mesure les cellules-souches peuvent contribuer à un embryon souris-humain. Si l'organisme résultant (ce qu'on appelle une «chimère») contient un quelconque ADN humain, il signale ainsi une prise de greffe réussie de la cellule-souche.

Le second critère explore le profil d'expression de 4,5 millions de biomarqueurs ARN appelés «éléments transposables», qui sont des unités génétiques qui peuvent se mouvoir autour du génome – en fait, ils constituent la moitié du génome humain. Parce qu'ils peuvent provoquer de dangereuses mutations en s'introduisant dans les gènes, les éléments transposables sont supprimés dans les premiers stades de développement de l'embryon. Cependant, les éléments transposables régulent également l'expression des gènes, et sont essentiels au maintien de l'homéostasie de l'organisme. Les chercheurs ont démontré que le fait de déterminer quels éléments transposables sont actifs dans les cellules-souches est un indicateur extrêmement sensible et hautement reproductible de leur stade de pluripotence.

Le troisième critère se concentre sur le stade de méthylation ADN des cellules, qui est inférieur au stade naïf par rapport au stade amorcé. Enfin, le quatrième critère est l'état épigénétique du chromosome X dans les cellules-souches femelles naïves, qui ressemble à celui trouvé dans l'embryon humain préimplantatoire.

L'étude fournit une feuille de route pour évaluer globalement le stade, l'état et la qualité des cellules-souches pluripotentes humaines, et est capable de surmonter les limitations courantes dans l'utilisation de telles cellules dans la recherche et les applications cliniques. Sur la base de ces travaux, les chercheurs ont développé un projet de startup nommée Cellphmed. La mission de l'entreprise est de rationaliser le travail expérimental du deuxième critère, qui implique le profilage transcriptionnel des éléments transposables pour générer des marqueurs de cellules pour la recherche globale et les applications cliniques.

Ce travail résulte d'une collaboration entre la School of Life Sciences de l'EPFL, le Whitehead Institute for Biomedical Research du MIT (Cambridge, MA), et le Salk Institute for Biological Studies (La Jolla, CA). Il a été financé par la Simons Foundation, le National Institutes of Health (NIH), le Fonds National Suisse, Le Conseil européen de la recherche (ERC), le Howard Hughes Medical Institute, la Gordon and Betty Moore Foundation, la Fondation Mary K. Chapman, le Wellcome Trust, une bourse de la Foundation Bettencourt, l'Association pour la Recherche sur le Cancer (ARC), et le Fonds de la Recherche en Santé du Québec.

Référence

Theunissen TW, Friedli M, He Y, Planet E, Oneil R, Markoulaki S, Pontis J, Wang H, Iouranova A, Imbeault M, Duc J, Cohen MA, Wert KJ, Castanon RG, Zhang Z, Huang Y, Nery JR, Drotar J, Lungjangwa T, Trono D, Ecker JR, Jaenisch R. Molecular Criteria for Defining the Naive Human Pluripotent State. Cell Stem Cell 14 July 2016. DOI: 10.1016/j.stem.2016.06.011