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Fiévet, Loïc. Caractérisation phénotypique et fonctionnelle des cellules stromales mésenchymateuses natives de la moelle osseuse humaine adulte

Fiévet, Loïc (2020). Caractérisation phénotypique et fonctionnelle des cellules stromales mésenchymateuses natives de la moelle osseuse humaine adulte.

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Résumé en francais

Au sein de la moelle osseuse (MO), les cellules souches hématopoïétiques (CSH) sont logées dans un microenvironnement en 3D spécialisé, appelé "niche". Cette structure contribue à la régulation du comportement (e.g. auto-renouvellement, engagement dans des voies de différentiation, prolifération et survie). Cette niche est composée de plusieurs types de cellules, comme les cellules endothéliales vasculaires, périvasculaires et ostéoblastiques. Les cellules stromales mésenchymateuses (CSM) périvasculaires jouent un rôle clé dans la formation du microenvironnement, tant par leur expression de facteurs pro-hématopoïétiques, que de leur capacité de différenciation vers le lignage ostéoblastique. Ainsi, les sous-populations de CSM composant la niche hématopoïétique sont impliquées dans la régulation de l'hématopoïèse, mais également dans la formation et la régénération du squelette. Récemment décrites chez la souris à l'échelle de la cellule unique, les sous-populations de CSM restent cependant inexplorées dans la MO humaine, il en est ainsi de leur rôle respectif dans la niche. Connaître l'identité des sous-populations cellulaires, déchiffrer leurs propriétés natives et recréer ex vivo ces niches physiologiquement fonctionnelles en 3D restent des enjeux scientifiques importants pour la compréhension de l'hématopoïèse et de l'ostéogenèse humaine. Dans ce travail, nous avons dans un premier temps, utilisé des approches de séquençage d'ARN à l'échelle de la cellule unique (scRNA-seq), afin de caractériser chaque population stromale de la MO humaine et d'identifier des facteurs de niche hématopoïétique clés hautement conservés entre les espèces. Nous avons ainsi identifié plusieurs sous-populations cellulaires, exprimant différents gènes régulateurs de l'hématopoïèse, comprenant des cellules endothéliales, des cellules murales et particulièrement des CSM ayant des trajectoires ostéoblastiques et adipogéniques distinctes. De manière intéressante, nos données suggèrent une hiérarchie de différenciation à branchement simple avec la présence d'un sous-ensemble multipotent, les cellules réticulaires exprimant fortement CXCL12 (CAR) qui seraient à l'origine des autres sous-populations de CSM. Nous avons observé un enrichissement des cellules CAR exprimant le récepteur à la leptine (LEPR) dans la fraction native CD45- / CD271+ / CD200+, ainsi que leur localisation in situ en utilisant des approches histologiques sur des biopsies humaines. Dans un deuxième temps, nous avons élaboré une méthode d'isolation ex vivo pour préserver et amplifier les cellules CAR de la MO, puis étudier leur auto-organisation en culture 3D. Nous avons constaté que les sphéroïdes dérivés des cellules de type CAR ont une angiogenèse abondante, sécrètent des cytokines pro-niche et récapitulent spontanément in vitro la formation osseuse intramembranaire précoce. Grâce à des modèles bio-informatiques et des techniques d'édition du génome, nous avons mis en évidence le rôle de la protéine WDR35 et du cil primaire dans la différenciation ostéoblastique médiée par les voies de signalisation Hedgehog et Wnt. Enfin, nous avons montré que la xénotransplantation ectopique de ces sphéroïdes pouvait donner naissance à des ostéoblastes humains matures, tout en formant une niche aux CSH après humanisation hématopoïétique de souris immunodéprimées NSG. Notre étude donne, pour la première fois, une cartographie du stroma de la MO humaine avec une résolution unicellulaire et montre que les cellules CAR cultivées en 3D représentent un nouvel outil utile en recherche fondamentale avec un fort potentiel en médecine régénérative.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Pagès, Jean-Christophe
Layrolle, Pierre
Ecole doctorale:Biologie, santé, biotechnologies (BSB)
laboratoire/Unité de recherche :STROMALab, UMR 5273
Mots-clés libres :Cellules stromales mésenchymateuses - Moelle osseuse - Niche hématopoïétique - Organoïde - Formation osseuse - Cellule souche - Analyse à l'échelle unicellulaire
Sujets :Sciences du vivant
Déposé le :23 Feb 2021 10:37