Des organoïdes testiculaires pour mieux comprendre les troubles du développement sexuel

Le spectre des troubles du développement sexuel est vaste avec nombre d’anomalies rares qui affectent l'appareil génito-urinaire et le système endocrinien. Ces troubles fréquemment identifiés chez le nouveau-né ou l'adolescent ont la plupart du temps pour cause une mutation génétique que le séquençage à haut débit permet de mieux en mieux d’identifier. Mais le chemin est encore long et l'interprétation des données difficile, comme l’est également l’assignation d’un lien de causalité entre les troubles détectés et les nouvelles variantes mises en évidence.

Cette difficulté est liée notamment au fait que ces mutations se produisent sur plusieurs gènes différents (chaque gène affectant un petit nombre d'individus) et que les modèles animaux/cellulaires suffisamment pertinents manquent pour refléter la physiopathologie de ces troubles.
 
C’est dans ce contexte qu’une équipe de l’Institut Pasteur à Paris menée par Anu Bashamboo a développé de nouveaux modèles par reprogrammation cellulaire. L’objectif est d’établir la causalité des variantes génétiques provoquant ces troubles du développement sexuel et de comprendre les mécanismes et la progression des troubles.

Un modèle complexe…

L'un des nouveaux modèles cellulaires ex-vivo mis au point implique la différenciation dirigée des cellules souches pluripotentes humaines induites (iPSCs) en cellules somatiques des gonades XY ou XX à l'aide de supports conditionnés définis.

En bref, les IPSCs 46,XY sont soumises à une différenciation dirigée séquentiellement utilisant un milieu conditionné contenant des concentrations définies de bFGF (fibroblastic growth factor-basic), de BMP4 (bone morphogenic protein 4), d’acide rétinoïque et d’ITS (insuline, transferrine humaine, acide sélénique) qui stimule la prolifération cellulaire lors de la culture en milieu contenant une quantité de sérum réduite. Les iPSCs dérivées d'un mâle en bonne santé peuvent se différencier en mésoderme et en mésoderme intermédiaire, comme indiqué par l'expression de certains marqueurs spécifiques. Ce mésoderme intermédiaire subit ensuite une transition mésenchymato-épithéliale avec, pour conséquence éventuelle, la formation de cellules fœtales Sertoli-like. Ces cellules expriment des transcripts spécifiques aux cellules de Sertoli et ont la capacité de s'agréger et de former des structures semblables à des cellules de Sertoli embryonnaires. Lorsque ces protocoles sont appliqués aux iPSCs dérivés d’érythoblastes 46, XX, la population cellulaire qui en ressort est par contre de type granulosa.

… qui semble validé

La même équipe a également dérivé des iPSCs d’érythroblastes d'un individu 46,XY ayant une dysgenèse gonadique complète liée à une mutation faux-sens du gène NR5A1. Il s’agit d’un gène qui régule la transcription de nombreux gènes impliqués dans le développement sexuel et la reproduction et dont la mutation peut provoquer des anomalies du développement des surrénales ou des testicules. Lorsque ces cellules subissent des protocoles semblables de différenciation, les chercheurs ont observé un profil d'expression aberrant et une incapacité à former des structures tubulaires. Enfin, pour assurer une réexpression optimale de la structure et de la fonction des testicules embryonnaires en développement, cette équipe a développé un dispositif à puce comprenant une couche gonadique qui permet l'auto-organisation des cellules de Sertoli dérivées des iPSC au sein d'un dispositif microfluidique perfusible. Ce nouveau modèle semble être un outil puissant pour étudier les réseaux de transcription atypiques spécifiques aux patients et fournir un aperçu mécanistique de la dysrégulation spécifique à chaque étape de la signalisation, lorsqu’elle est associée à des mutations causant un trouble du développement sexuel. De quoi justifier le prix reçu par l‘équipe de l’Institut Pasteur au cours de ce congrès.
 

Dr Dominique-Jean Bouilliez

Référence
Eozenou C et coll. : Development of testicular organoids to understand Disorders of Sex Development. 58th ESPE (European Society of Paediatric Endocrinology) (Vienne) : 16-20 septembre 2019.

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