Aspectos filosóficos de la investigación y desarrollo terapéutico con células madres : una mirada centrada en la persona

Resumen: La terapia celular se guía por el principio “ante todo no dañar”. Sus promisorios resultados pueden cumplir con los objetivos de la medicina, sin embargo, hay ciertos aspectos en la investigación y desarrollo de terapéuticas con células troncales que se apartan de los fines propios de la medicina orientada en el paciente. El origen, almacenamiento y acceso a las células podrían generar cuestionamientos éticos. Las células provenientes de tejido adulto están libres de cuestionamientos y responden a la exigencia ética de no cosificar a la persona, aunque se ha advertido que la “pluripotencialidad inducida” sería capaz de conducir a riesgos graves. Condicionamientos circundantes influyen en la información, la eficacia, la prevención del daño, la proporcionalidad de las prácticas y la inclusión de los pacientes.

Molecular neurogenetics of eye development in Drosophila

The compound eye of Drosophila melanogaster begins to differentiate during the late third larval instar in the eye-antennal imaginal disc. A wave of morphogenesis crosses the disc from posterior to anterior, leaving behind precisely patterned clusters of photoreceptor cells and accessory cells that will constitute the adult ommatidia of the retina. By the analysis of genetically mosaic eyes, it appears that any cell in the eye disc can adopt the characteristics of any one of the different cell types found in the mature eye, including photoreceptor cells and non-neuronal accessory cells such as cone cells. Therefore, cells within the prospective retinal epithelium assume different fates presumably via information present in the environment. The sevenless^+ (sev^+) gene appears to play a role in the expression of one of the possible fates, since the mutant phenotype is the lack of one of the pattern elements, namely, photoreceptor cell R7. The sev^+ gene product had been shown to be required during development of the eye, and had also been shown in genetic mosaics to be autonomous to presumptive R7. As a means of better understanding the pathway instructing the differentiation R7, the gene and its protein product were characterized.

The sev+ gene was cloned by P-element transposon tagging, and was found to encode an 8.2 kb transcript expressed in developing eye discs and adult heads. By raising monoclonal antibodies (MAbs) against a sev^+- β-galactosidase fusion protein, the expression of the protein in the eye disc was localized by immuno-electronmicroscopy. The protein localizes to the apical cell membranes and microvilli of cells in the eye disc epithelium. It appears during development at a time coincident with the initial formation of clusters, and in all the developing photoreceptors and accessory cone cells at a time prior to the overt differentiation of R7. This result is consistent with the pluripotency of cells in the eye disc. Its localization in the membranes suggests that it may receive information directing the development of R7. Its localization in the apical membranes and microvilli is away from the bulk of the cell contacts, which have been cited as a likely regions for information presentation and processing. Biochemical characterization of the sev^+ protein will be necessary to describe further its role in development.

Other mutations in Drosophila have eye phenotypes. These were analyzed to find which ones affected the initial patterning of cells in the eye disc, in order to identify other genes, like sev, whose gene products may be involved in generating the pattern. The adult eye phenotypes ranged from severe reduction of the eye, to variable numbers of photoreceptor cells per ommatidium, to sub de defects in the organization of the supporting cells. Developing eye discs from the different strains were screened using a panel of MAbs, which highlight various developmental stages. Two identified matrix elements in and anterior to the furrow, while others identified the developing ommatidia themselves, like the anti-sev MAb. Mutation phenotypes were shown to appear at many stages of development. Some mutations seem to affect the precursor cells, others, the setting up of the pattern, and still others, the maintenance of the pattern. Thus, additional genes have now been identified that may function to support the development of a complex pattern.

Dissecting Signaling Pathways That Govern Self-renewal of Rabbit Embryonic Stem Cells

The pluripotency and self-renewal of embryonic stem cells (ESC) are regulated by a variety of cytokines/growth factors with some species differences. We reported previously that rabbit ESC (rESC) are more similar to primate ESC than to mouse ESC. However,

Comparative Analysis of Five Different Homologous Feeder Cell Lines in the Ability to Support Rhesus Embryonic Stem Cells

我们以前的研究建立了五株猕猴饲养层细胞系来支持猕猴胚胎干细胞(rESCs)的生长:一岁猴耳皮肤成纤维细胞(MESFs)、两岁猴输卵管成纤维细胞(MOFs)、成年猴卵泡颗粒成纤维样细胞(MFGs)、成年猴卵泡颗粒上皮样细胞(MFGEs),以及MESFs的克隆成纤维细胞(CMESFs).我们发现MESFs、CMESFs、MOFs和MFGs,而不足MFGEs支持猕猴胚胎干细胞(rESCs,rhesus embryonic stem cells)的生长.通过半定量PCR的方法,我们在支持性的饲养层细胞中检测到了一些基因的高表达.在本研究中,我们运用Affymetrix公司的GeneChip Rhesus Macaque Genome Array芯片来研究这五株同源饲养层的表达谱,希望发现哪些细胞因子和信号通路在维持rESCs中起到重要作用.结果表明,除MFGE外,包括GREM2、bFGF,、KITLG,、DKK3、GREM1、AREG、SERPINF1和LTBF1等八个基因的mRNA在支持性的饲养层细胞中高表达.本研究结果提示,很多信号通路在支持rESCs的未分化生长和多潜能性方面可能起到了冗余的作用.

饲养层FGF2表达量对猕猴胚胎干细胞自我更新及多能性的影响

用转基因和RNA干扰(RNAi)法建立5组不同成纤维细胞生长因子-2(fibroblast growth factor-2,FGF2)表达量的猕猴耳部皮肤成纤维细胞(MESF)系:过表达FGF2组(f1),过表达的阴性对照组(f2),FGF2 RNA干扰组(f3),RNA干扰的阴性对照组(f4)和未作任何处理的对照组(f5).5组MESF的FGF2表达量相对值为f1:f2:f3:f4:f5=4:2:1:2:2;c-fos,TGF-β1,INHBA,Gremlinl在f1中表达量上升,在f3中表达量下降;BMP4,TGF-β2在f1中表达量下降,在f3中表达量上升;表明内源FGF2能够作用于MESF的TGF-β信号通路,引起相关基因表达量的变化.用这砦细胞作为饲养层长期培养(10代)猕猴胚胎干细胞(RhESC),结果在f1上培养的RhESC增殖速度都比对照组快,并且c-fos,TGF-β1,INHBA,Gremlinl,Oct-4,Nanog,Sox2表达量均上升,BMP4表达下调;在f3上培养的RhESC增殖较慢,BMP4表达上调,c-fos,TGF-β1,INHBA,Gremlinl,Oct-4,Nanog,Sox2表达下调.5组MESF上培养的RhESC形成的EB均表达各胚层早期标记基因(marker),说明RhESC的多能性没有受到影响,但表达量有差异,f1上RhESC形成的EB所有marker都低表达.结果表明饲养层的FGF2含量不仅影响自身相关基凶的表达,还对RhESC的自我更新有一定的作用.

Fish ES cells and applications to biotechnology

ES cells provide a promising tool for the generation of transgenic animals with site-directed mutations. When ES cells colonize germ cells in chimeras, transgenic animals with modified phenotypes are generated and used either for functional genomics studies or for improving productivity in commercial settings. Althought the ES cell approach has been limited to, mice, there is strong interest for developing the technology in fish.. We describe the step-by-step procedure for developing ES cells in fish. Key aspects include avoiding cell differentiation, specific in vitro traits of pluripotency, and, most importantly, testing for production of chimeric animals as the main evidence of pluripotency. The entire process focuses on two model species, zebrafish and medaka, in which most work has been done. The achievements attained in these species, as well as their applicability to other commercial fish, are discussed. Because of the difficulties relating to germ line competence, mostly of long-term fish ES cells, alternative cell-based approaches such as primordial germ cells and nuclear transfer need to be considered. Although progress to date has been slow, there are promising achievements in homologous recombination and alternative avenues yet to be explored that can bring ES technology in fish to fruition.

Growth factor erv1-like modulates Drp1 to preserve mitochondrial dynamics and function in mouse embryonic stem cells.

The relationship of mitochondrial dynamics and function to pluripotency are rather poorly understood aspects of stem cell biology. Here we show that growth factor erv1-like (Gfer) is involved in preserving mouse embryonic stem cell (ESC) mitochondrial morphology and function. Knockdown (KD) of Gfer in ESCs leads to decreased pluripotency marker expression, embryoid body (EB) formation, cell survival, and loss of mitochondrial function. Mitochondria in Gfer-KD ESCs undergo excessive fragmentation and mitophagy, whereas those in ESCs overexpressing Gfer appear elongated. Levels of the mitochondrial fission GTPase dynamin-related protein 1 (Drp1) are highly elevated in Gfer-KD ESCs and decreased in Gfer-overexpressing cells. Treatment with a specific inhibitor of Drp1 rescues mitochondrial function and apoptosis, whereas expression of Drp1-dominant negative resulted in the restoration of pluripotency marker expression in Gfer-KD ESCs. Altogether, our data reveal a novel prosurvival role for Gfer in maintaining mitochondrial fission-fusion dynamics in pluripotent ESCs.

Derivation of clinically compliant MSCs from CD105+, CD24-differentiated human ESCs

Adult tissue-derived mesenchymal stem cells ( MSCs) have demonstrated therapeutic efficacy in treating diseases or repairing damaged tissues through mechanisms thought to be mediated by either cell replacement or secretion of paracrine factors. Characterized, self- renewing human ESCs could potentially be an invariable source of consistently uniform MSCs for therapeutic applications. Here we describe a clinically relevant and reproducible manner of generating identical batches of hESC- derived MSC ( hESC- MSC) cultures that circumvents exposure to virus, mouse cells, or serum. Trypsinization and propagation of HuES9 or H1 hESCs in feeder- and serum-free selection media generated three polyclonal, karyotypically stable, and phenotypically MSC-like cultures that do not express pluripotency- associated markers but displayed MSC- like surface antigens and gene expression profile. They differentiate into adipocytes, osteocytes, and chondrocytes in vitro. Gene expression and fluorescence- activated cell sorter analysis identified CD105 and CD24 as highly expressed antigens on hESC- MSCs and hESCs, respectively. CD105+, CD24- monoclonal isolates have a typical MSC gene expression profiles and were identical to each other with a highly correlated gene expression profile ( r(2) >.90). We have developed a protocol to reproducibly generate clinically compliant and identical hESC- MSC cultures.

A miR-433 mediated mechanism of chemoresistance in high grade serous ovarian cancer (HGSOC).

Higher expression of the miR-433 microRNA (miRNA) is associated with poorer survival outcomes in patients with HGSOC that may be overcome by a greater understanding of the functional role of this miRNA. We previously described miR-433 as a critical cell cycle regulator and mediator of cellular senescence. Downregulation of the mitotic arrest deficiency 2 (MAD2) protein by miR-433 led to increased cellular resistance to paclitaxel in epithelial ovarian cancer cells (EOC). Furthermore immunohistochemical (IHC) analysis of MAD2 expression in patients with HGSOC showed that loss of MAD2 was significantly associated with poorer patient survival. Higher miR-433 expression is also associated with an increased resistance to the platins which is unrelated to loss of MAD2 expression. In silico analysis of the miR-433 target proteins in the TCGA database identified the association between a number of miR-433 targets and poorer patient survival. IHC analysis of the miR-433 target, histone deacetylase 6 (HDAC6), confirmed that its expression was significantly associated with a decrease in patient overall survival. The knock-down of HDAC6 by siRNA in EOC cells did not attenuate apoptotic responses to paclitaxel or platin although lower endogenous HDAC6 expression was associated with more resistant EOC cell lines. In vitro analysis revealed that EOC cells which survived chemotherapeutic kill with high doses of paclitaxel expressed higher miR-433 and concomitant decreased expression of the miR-433 targets. These cells were more chemoresistant compared to the parental cell line and repopulated as 3d organoid cultures in non-adherent stem cell selective conditions; thus indicating that the cells which survive chemotherapy were viable, capable of regrowth and had an increased potential for pluripotency. In conclusion, our data suggests that chemotherapy is not driving the transcriptional upregulation of miR-433 but rather selecting a population of cells with high miR-433 expression that may contribute to chemoresistant disease and tumour recurrence.

INFLUENCE OF NOX4 NADPH OXIDASE ON GENERATION AND ANGIOGENIC FUNCTION OF INDUCED PLURIPOTENT STEM CELL-DERIVED ENDOTHELIAL CELLS

Human induced pluripotent stem (iPS) cell-derived endothelial cells (ECs) hold clear potential for therapeutic angiogenesis as a novel strategy for ischaemic disease. Recently, we have developed a novel method for direct reprogramming of partial iPS (PiPS) cells, which unlike iPS cells, are generated before pluripotency so do not form tumours, and may be differentiated into ECs with characteristic morphology and pro-angiogenic actions. Our previous work showed that PiPS-derived ECs are capable of forming vascular-like tubes both in vitro and in vivo and promoting re-endothelialisation of ischemic tissue, with greater effectiveness versus mature ECs.

Interestingly, our preliminary data demonstrate that Nox NADPH oxidases, which are reported to influence stem cell function, are progressively induced during PiPs/PiPS-EC differentiation and in response to hypoxia, with Nox4 demonstrating highest expression. As this isoform is an established regulator of angiogenesis, we hypothesize that Nox4 plays a key role in modulating PiPS-EC generation and angiogenic function.

The aim of this project is therefore to investigate: (1) the specific role of Nox4 in direct reprogramming of PiPS cells and differentiation to PiPS-ECs; (2) whether genetic manipulation of Nox4 influences in vitro function of PiPs-ECs and their ability to promote in vivo angiogenesis. This will be achieved by employing established in vitro functional assays and an experimental model of hindlimb ischaemia with assessment of relevant end-points. Identification of a key role for Nox4 in regulating PiPS-EC generation/function may inform selective targeting of this isoform to enhance the efficiency of PiPS-EC differentiation and their capacity to treat ischemic disease.

Cellular reprogramming strategies for degenerative disorders involving the retinal pigment epithelium

RESUMO: A reprogramação celular permite que uma célula somática seja reprogramada para outra célula diferente através da expressão forçada de factores de transcrição (FTs) específicos de determinada linhagem celular, e constitui uma área de investigação emergente nos últimos anos. As células somáticas podem ser experimentalmente manipuladas de modo a obter células estaminais pluripotentes induzidas (CEPi), ou convertidas directamente noutro tipo de célula somática. Estas descobertas inovadoras oferecem oportunidades promissoras para o desenvolvimento de novas terapias de substituição celular e modelos de doença, funcionando também como ferramentas valiosas para o estudo dos mecanismos moleculares que estabelecem a identidade celular e regulam os processos de desenvolvimento. Existem várias doenças degenerativas hereditárias e adquiridas da retina que causam deficiência visual devido a uma disfunção no tecido de suporte da retina, o epitélio pigmentar da retina (EPR). Uma destas doenças é a Coroideremia (CHM), uma doença hereditária monogénica ligada ao cromossoma X causada por mutações que implicam a perda de função duma proteína com funções importantes na regulação do tráfico intracelular. A CHM é caracterizada pela degenerescência progressiva do EPR, assim como dos foto-receptores e da coróide. Resultados experimentais sugerem que o EPR desempenha um papel importante na patogénese da CHM, o que parece indicar uma possível vantagem terapêutica na substituição do EPR nos doentes com CHM. Por outro lado, existe uma lacuna em termos de modelos in vitro de EPR para estudar a CHM, o que pode explicar o ainda desconhecimento dos mecanismos moleculares que explicam a patogénese desta doença. Assim, este trabalho focou-se principalmente na exploração das potencialidades das técnicas de reprogramação celular no contexto das doenças de degenerescência da retina, em particular no caso da CHM. Células de murganho de estirpe selvagem, bem como células derivadas de um ratinho modelo de knockout condicional de Chm, foram convertidos com sucesso em CEPi recorrendo a um sistema lentiviral induzido que permite a expressão forçada dos 4 factores clássicos de reprogramação, a saber Oct4, Sox2, Klf4 e c-Myc. Estas células mostraram ter equivalência morfológica, molecular e funcional a células estaminais embrionárias (CES). As CEPi obtidas foram seguidamente submetidas a protocolos de diferenciação com o objectivo final de obter células do EPR. Os resultados promissores obtidos revelam a possibilidade de gerar um valioso modelo de EPR-CHM para estudos in vitro. Em alternativa, a conversão directa de linhagens partindo de fibroblastos para obter células do EPR foi também abordada. Uma vasta gama de ferramentas moleculares foi gerada de modo a implementar uma estratégia mediada por FTs-chave, seleccionados devido ao seu papel fundamental no desenvolvimento embrionário e especificação do EPR. Conjuntos de 10 ou menos FTs foram usados para transduzir fibroblastos, que adquiriram morfologia pigmentada e expressão de alguns marcadores específicos do EPR. Adicionalmente, observou-se a activação de regiões promotoras de genes específicos de EPR, indicando que a identidade transcricional das células foi alterada no sentido pretendido. Em conclusão, avanços significativos foram atingidos no sentido da implementação de tecnologias de reprogramação celular já estabelecidas, bem como na concepção de novas estratégias inovadoras. Metodologias de reprogramação, quer para pluripotência, quer via conversão directa, foram aplicadas com o objectivo final de gerar células do EPR. O trabalho aqui descrito abre novos caminhos para o estabelecimento de terapias de substituição celular e, de uma maneira mais directa, levanta a possibilidade de modelar doenças degenerativas da retina com disfunção do EPR numa placa de petri, em particular no caso da CHM.---------------ABSTRACT: Cellular reprogramming is an emerging research field in which a somatic cell is reprogrammed into a different cell type by forcing the expression of lineage-specific transcription factors (TFs). Cellular identities can be manipulated using experimental techniques with the attainment of pluripotency properties and the generation of induced Pluripotent Stem (iPS) cells, or the direct conversion of one somatic cell into another somatic cell type. These pioneering discoveries offer new unprecedented opportunities for the establishment of novel cell-based therapies and disease models, as well as serving as valuable tools for the study of molecular mechanisms governing cell fate establishment and developmental processes. Several retinal degenerative disorders, inherited and acquired, lead to visual impairment due to an underlying dysfunction of the support cells of the retina, the retinal pigment epithelium (RPE). Choroideremia (CHM), an X-linked monogenic disease caused by a loss of function mutation in a key regulator of intracellular trafficking, is characterized by a progressive degeneration of the RPE and other components of the retina, such as the photoreceptors and the choroid. Evidence suggest that RPE plays an important role in CHM pathogenesis, thus implying that regenerative approaches aiming at rescuing RPE function may be of great benefit for CHM patients. Additionally, lack of appropriate in vitro models has contributed to the still poorly-characterized molecular events in the base of CHM degenerative process. Therefore, the main focus of this work was to explore the potential applications of cellular reprogramming technology in the context of RPE-related retinal degenerations. The generation of mouse iPS cells was established and optimized using an inducible lentiviral system to force the expression of the classic set of TFs, namely Oct4, Sox2, Klf4 and c-Myc. Wild-type cells, as well as cells derived from a conditional knockout (KO) mouse model of Chm, were successfully converted into a pluripotent state, that displayed morphology, molecular and functional equivalence to Embryonic Stem (ES) cells. Generated iPS cells were then subjected to differentiation protocols towards the attainment of a RPE cell fate, with promising results highlighting the possibility of generating a valuable Chm-RPE in vitro model. In alternative, direct lineage conversion of fibroblasts into RPE-like cells was also tackled. A TF-mediated approach was implemented after the generation of a panoply of molecular tools needed for such studies. After transduction with pools of 10 or less TFs, selected for their key role on RPE developmental process and specification, fibroblasts acquired a pigmented morphology and expression of some RPE-specific markers. Additionally, promoter regions of RPE-specific genes were activated indicating that the transcriptional identity of the cells was being altered into the pursued cell fate. In conclusion, highly significant progress was made towards the implementation of already established cellular reprogramming technologies, as well as the designing of new innovative ones. Reprogramming into pluripotency and lineage conversion methodologies were applied to ultimately generate RPE cells. These studies open new avenues for the establishment of cell replacement therapies and, more straightforwardly,raise the possibility of modelling retinal degenerations with underlying RPE defects in apetri dish, particularly CHM.

La dérivation de cellules souches embryonnaires chez le cheval

Les cellules souches embryonnaires (ES) sont porteuses de grands espoirs en recherche biomédicale dans le but d’apporter un traitement définitif à l’ostéoarthrose. Parce que certaines articulations des chevaux sont similaires à celles des humains, cet animal représente un modèle important dans l’évaluation de stratégies de régénération du cartilage. Cependant, pour expérimenter un traitement par les cellules ES chez le cheval, des cellules ES équines (eES) n’ont toujours pas pu être dérivées. Dans ce contexte, l’objectif principal de cette étude est de dériver des lignées de cellules eES. Le premier objectif de notre étude consiste à optimiser la technique de dérivation des cellules eES. Nous démontrons que la lignée de cellules nourricières et le stade de développement des embryons influencent l’efficacité de la technique de dérivation tandis que l’inhibition de voies de signalisation menant à la différenciation des cellules ES ne l’influence pas sous nos conditions. Le deuxième objectif de notre étude est de caractériser de façon plus approfondie les lignées de cellules eES obtenues. Nous démontrons que les cellules eES dérivées expriment autant des marqueurs associés aux cellules pluripotentes qu’aux cellules différenciées et que l’inhibition de voies de signalisation menant à la différenciation n’influence pas l’expression de ces marqueurs. Pour conclure, nous confirmons avoir dérivé des lignées de cellules semblables au cellules eES (eES-like) ne correspondant pas complètement aux critères des cellules ES.

Le peptide natriurétique auriculaire induit la différenciation cardiaque dans les cellules souches embryonnaires carcinomateuses de souris P19

Traditionnellement associée à la reproduction féminine, l'ocytocine (OT), une hormone peptidique synthétisée par les noyaux paraventriculaire et supraoptique de l'hypothalamus et sécrétée par l'hypophyse postérieure (neurohypophyse), a été récemment revue et a été démontrée avoir plusieurs nouveaux rôles dans le système cardio-vasculaire. En effet, notre laboratoire a montré que l’OT peut induire la différenciation des cellules souches embryonnaires (CSE) en cardiomyocytes (CM) fonctionnels. À l’aide du modèle cellulaire embryonnaire carcinomateux de souris P19, il a été démontré que ce processus survenait suite à la libération de la guanosine monophosphate cyclique (GMPc) dépendante du monoxyde d’azote. De même, il est connu que le peptide natriurétique auriculaire (ANP), un peptide produit, stocké et sécrété par les myocytes cardiaques, peut aussi induire la production du GMPc. De nombreuses études ont démontré que le cœur ayant subi un infarctus pouvait être régénéré à partir d’une population isolée de cellules souches et progénitrices transplantées. Une de ces populations de cellules, fréquemment isolées à partir d'organes provenant d'animaux aux stades de développement embryonnaire et adulte, appelée « Side Population » (SP), sont identifiées par cytométrie en flux (FACS) comme une population de cellules non marquées par le colorant fluorescent Hoechst 33342 (Ho). Les cellules SP expriment des protéines de transport spécifiques, de la famille ATP-binding cassette, qui ont pour rôle de transporter activement le colorant fluorescent Ho de leur cytoplasme. La sous-population de cellules SP isolée du cœur affiche un potentiel de différenciation cardiaque amélioré en réponse à un traitement avec l’OT. Récemment, l'hétérogénéité phénotypique et fonctionnelle des CSE a été mise en évidence, et cela a été corrélé avec la présence de sous-populations cellulaires ressemblant beaucoup aux cellules SP issues du cœur. Puisque l’ANP peut induire la production du GMPc et qu’il a été démontré que la différenciation cardiaque était médiée par la production du GMPc, alors nous émettons l'hypothèse selon laquelle l’ANP pourrait induire la différenciation cardiaque. Étant donné que les CSE sont composés d’un mélange de différents types cellulaires alors nous émettons aussi l’hypothèse selon laquelle l’utilisation d’une sous-population de CSE plus homogène renforcerait le potentiel de différenciation de l'ANP. Méthodes : Les SP ont été isolées des cellules P19 par FACS en utilisant la méthode d’exclusion du colorant fluorescent Ho. Puis, leur phénotype a été caractérisé par immunofluorescence (IF) pour les marqueurs de l’état indifférencié, d’auto-renouvellement et de pluripotence octamer-binding transcription factor 4 (OCT4) et stage-specific embryonic antigen-1 (SSEA1). Ensuite, la dose pharmacologique optimale d’ANP a été déterminée via des tests de cytotoxicité sur des cellules P19 (MTT assay). Pour induire la différenciation en cardiomyocytes, des cellules à l’état de sphéroïdes ont été formées à l’aide de la technique du « Hanging-Drop » sous la stimulation de l’ANP pendant 5 jours. Puis, des cryosections ont été faites dans les sphéroïdes afin de mettre en évidence la présence de marqueurs de cellules cardiaques progénitrices tels que GATA4, Nkx2.5 et un marqueur mitochondrial spécifique Tom22. Ensuite, les cellules SP P19 ont été stimulées dans les sphéroïdes cellulaires par le traitement avec de l'ANP (10-7 M) ou de l’OT (10-7 M), de l’antagoniste spécifique du guanylate cyclase particulé (GCp) A71915 (10-6 M), ainsi que la combinaison des inducteurs OT+ANP, OT+A71915, ANP+A71915. Après la mise en culture, la différenciation en cardiomyocytes a été identifié par l’apparition de colonies de cellules battantes caractéristiques des cellules cardiaques, par la détermination du phénotype cellulaire par IF, et enfin par l’extraction d'ARN et de protéines qui ont été utilisés pour le dosage du GMPc par RIA, l’expression des ARNm par RT-PCR et l’expression des protéines par immunobuvardage de type western. Résultats : Les sphéroïdes obtenus à l’aide de la technique du « Hanging-Drop » ont montré une hausse modeste de l’expression des ARNm suivants : OTR, ANP et GATA4 comparativement aux cellules cultivées en monocouches. Les sphéroïdes induits par l’ANP ont présenté une augmentation significative des facteurs de transcription cardiaque GATA4 et Nkx2.5 ainsi qu’un plus grand nombre de mitochondries caractérisé par une plus grande présence de Tom22. De plus, L’ANP a induit l’apparition de colonies de cellules battantes du jour 7 (stade précoce) au jour 14 (stade mature) de façon presque similaire à l’OT. Cependant, la combinaison de l’ANP avec l’OT n’a pas induit de colonies de cellules battantes suggérant un effet opposé à celui de l’OT. Par IF, nous avons quantifié (nombre de cellules positives) et caractérisé, du jour 6 au jour 14 de différenciation, le phénotype cardiaque de nos cellules en utilisant les marqueurs suivants : Troponine T Cardiaque, ANP, Connexines 40 et 43, l’isoforme ventriculaire de la chaîne légère de myosine (MLC-2v), OTR. Les SP différenciées sous la stimulation de l’ANP ont montré une augmentation significative du GMPc intracellulaire comparé aux cellules non différenciées. À notre grande surprise, l’antagoniste A71915 a induit une plus grande apparition de colonies de cellules battantes comparativement à l’OT et l’ANP à un jour précoce de différenciation cardiaque et l’ajout de l’OT ou de l’ANP a potentialisé ses effets, augmentant encore plus la proportion de colonies de cellules battantes. De plus, la taille des colonies de cellules battantes était encore plus importante que sous la simple stimulation de l’OT ou de l’ANP. Les analyses radioimmunologiques dans les cellules SP P19 stimulés avec l’ANP, A71915 et la combinaison des deux pendant 15min, 30min et 60min a montré que l’ANP stimule significativement la production du GMPc, cependant A71915 n’abolit pas les effets de l’ANP et celui-ci au contraire stimule la production du GMPc via des effets agonistes partiels. Conclusion : Nos résultats démontrent d’une part que l’ANP induit la différenciation des cellules SP P19 en CM fonctionnels. D’autre part, il semblerait que la voie de signalisation NPRA-B/GCp/GMPc soit impliquée dans le mécanisme de différenciation cardiaque puisque l’abolition du GMPc médiée par le GCp potentialise la différenciation cardiaque et il semblerait que cette voie de signalisation soit additive de la voie de signalisation induite par l’OT, NO/GCs/GMPc, puisque l’ajout de l’OT à l’antagoniste A71915 stimule plus fortement la différenciation cardiaque que l’OT ou l’A71915 seuls. Cela suggère que l’effet thérapeutique des peptides natriurétiques observé dans la défaillance cardiaque ainsi que les propriétés vasodilatatrices de certains antagonistes des récepteurs peptidiques natriurétiques inclus la stimulation de la différenciation des cellules souches en cardiomyocytes. Cela laisse donc à penser que les peptides natriurétiques ou les antagonistes des récepteurs peptidiques natriurétiques pourraient être une alternative très intéressante dans la thérapie cellulaire visant à induire la régénération cardiovasculaire.

Dérivation de cellules souches pluripotentes induites autologues à partir du clonage somatique équin

Le recours aux cellules souches pour améliorer la réparation et guérison des blessures et maladies musculosquelettiques chez le cheval est de plus en plus fréquent. Les développements récents dans la reprogrammation cellulaire ont permis le développement de nouvelles sources de cellules souches pour ces thérapies régénératives. Des cellules souches pluripotentes induites (iPS) autologues peuvent être dérivées de cellules adultes par la reprogrammation directe à travers l'expression induite des gènes de pluripotence. Le clonage par transfert nucléaire (SCNT) suivi de la dérivation de cellules souches embryonnaires (ES) permet la reprogrammation indirecte des cellules adultes. Cependant, l’efficacité de ces deux méthodes pour la dérivation de cellules pluripotentes génétiquement stables est faible. Nous avons donc combiné les techniques SCNT et iPS dans le but de développer un protocole efficace de dérivation de cellules iPS autologues à partir de fibroblastes de la peau équine. Quatre facteurs de reprogrammation ont été introduits dans les cellules fibroblastes de fœtus clonés (ntFF) ainsi que les cellules ES provenant d’embryons clonés (ntES) pour induire leur reprogrammation en cellules iPS autologues. Les cellules ntFF-iPS et ntES-iPS ont des capacités prolifératives avancées et expriment des marqueurs de pluripotence importants. Par contre, les cellules ntES ont une efficacité de reprogrammation significativement supérieure aux cellules nt-FF et forment des colonies trois fois plus rapidement. Contrairement aux cellules ntES, les cellules ntES-iPS démontrent une augmentation de l’expression des marqueurs de pluripotence et survivent à la culture cellulaire prolongée. Les résultats présentés dans ce mémoire attestent que l’utilisation de la reprogrammation secondaire de cellules FF et ES clonées permet la production de cellules souches pluripotentes autologues stables chez le cheval.

Rôle des gènes HOX du paralogue 4 dans l'autorenouvellement des cellules souches et progéniteurs hématopoïétiques

La transplantation de cellules souches hématopoïétiques (CSH) est un traitement couramment utilisé pour traiter plusieurs types de maladies hématologiques telles que les leucémies. Par contre, une limite importante de ce type de traitement est la quantité restreinte de CSH disponibles pour la transplantation. Il importe donc de trouver des moyens pour expandre efficacement ces cellules ex vivo tout en préservant leurs propriétés. Le gène HOXB4 est présentement un candidat très prometteur pour atteindre cet objectif. Il a en effet été montré que HOXB4 est capable d’expandre les CSH in vivo et in vitro sans mener au développement de leucémie. Le gène HOXC4, qui appartient au même paralogue est aussi en mesure d’expandre les cellules hématopoïétiques primitives suggérant un rôle commun pour les gènes HOX du paralogue 4 dans l’autorenouvellement des CSH. Le gène HOXA4 est dix fois plus exprimé que le gène HOXB4 dans des CSH du foie fœtal au moment de leur principale expansion. De plus, les CSH mutantes pour Hoxa4, contrairement aux CSH mutantes pour Hoxb4, sont incapables de reconstituer un receveur irradié lorsqu’elles sont transplantées en condition de compétition. HOXA4 pourrait donc jouer un rôle plus important que les autres gènes du paralogue 4 pour l’expansion des CSH au niveau physiologique. Nous avons donc posé l’hypothèse que HOXA4 est capable d’expandre des CSH de façon plus importante que HOXB4. Les résultats obtenues dans le cadre de ce projet de recherche ont montré que la surexpression de HOXA4 était capable d’expandre les CSH et les progéniteurs hématopoïétiques primitifs dans le même ordre que ce qui est connu pour HOXB4. Des cultures et des essais de transplantation en situation de compétition ont confirmé la capacité égale des CSH surexprimant HOXA4 et HOXB4 de proliférer et de reconstituer les receveurs irradiés à long terme. Par contre, nous avons observé une meilleure reconstitution périphérique à court terme par les CSH HOXA4+ par rapport aux CSH HOXB4+, associée à une meilleure reconstitution lymphoïde. Nous avons aussi comparé les niveaux d’expression de gènes cibles potentiels dans des CSH surexprimant HOXA4 ou HOXB4 et observer que plusieurs gènes importants pour la fonction des CSH était régulé positivement suite à leur surexpression, notamment plusieurs gènes impliqués dans les voies de signalisation Notch et Wnt, tels que des récepteurs et ligands. Les gènes HOX du paralogue 4 pourraient donc réguler la communication entre les CSH et leur microenvironnement via ces voies de signalisation majeures et ainsi réguler leur autorenouvellement. La modulation de différents gènes codant pour des facteurs de transcription et des molécules impliquées dans la pluripotence suggère également que HOXA4 et HOXB4 utilisent des mécanismes intrinsèques et extrinsèques pour réguler leur potentiel d’autorenouvellement. Ces connaissances pourront ainsi être utilisées pour optimiser les protocoles d’expansion ex vivo des CSH dans un but thérapeutique.