Une nouvelle approche pour comprendre les CCMs
La recherche sur les organoïdes de vaisseaux sanguins éclaire les malformations cavernomateuses cérébrales.
Dariush Skowronek, Robin A. Pilz, Valeriia V. Saenko, Lara Mellinger, Debora Singer, Silvia Ribback, Anja Weise, Kevin Claaßen, Christian Büttner, Emily M. Brockmann, Christian A. Hübner, Thiha Aung, Silke Haerteis, Sander Bekeschus, Arif B. Ekici, Ute Felbor, Matthias Rath
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Table des matières
- Histoire et Recherche
- La Pathogenèse des MCC
- Organoïdes : Un Nouvel Espoir
- Le Protocole pour Créer des Organoïdes de Vaisseaux Sanguins
- Perfusion et Tests
- Prolifération dans les Modèles Knockout
- Exploration des Différences et des Similitudes
- L'Importance des Environnements de Croissance
- Un Regard Plus Approfondi sur la Pathologie des MCC
- Conclusion : Une Lueur d'Espoir
- Source originale
Les Malformations Caverneuses Cérébrales (MCC) sont des anomalies vasculaires trouvées dans le cerveau et la moelle épinière. Ces lésions peuvent causer divers problèmes, comme des crises, des hémorragies ou des déficits neurologiques. L'occurrence de MCC est d'environ 1 sur 200 personnes, ce qui en fait une condition cérébrale assez courante. La plupart des cas surviennent de manière sporadique, mais environ 6-7 % des cas sont liés à des antécédents familiaux.
Histoire et Recherche
La première famille avec des MCC a été notée en 1928. Depuis, les chercheurs ont identifié trois gènes critiques liés à cette condition : CCM1, CCM2 et CCM3. Des études ont montré que les formes familiales de MCC sont souvent autosomiques dominantes, mais l'inactivation des gènes se produit de manière récessive au niveau cellulaire. La découverte de ces gènes a stimulé des avancées scientifiques pour comprendre comment les MCC se développent.
La Pathogenèse des MCC
La recherche a mis en évidence des signaux et des voies spécifiques qui mènent à la formation de ces malformations vasculaires. Un aspect crucial est la perte de fonction de l'un des trois gènes identifiés, ce qui entraîne une cascade de changements cellulaires. Les investigations dans des cultures cellulaires et divers modèles animaux ont encore éclairé comment ces mécanismes se manifestent dans des situations réelles, bien qu'aucun médicament n'ait encore été approuvé pour traiter les MCC. Comme la chirurgie est souvent la seule option pour les cas problématiques, le développement de nouvelles thérapies reste une préoccupation pressante.
Organoïdes : Un Nouvel Espoir
Ces dernières années, les scientifiques se sont tournés vers les organoïdes - de minuscules organes miniaturisés cultivés en laboratoire - pour étudier des conditions comme les MCC plus efficacement. Ces organoïdes peuvent imiter le vrai tissu humain et fournir une image plus précise des processus de la maladie. En utilisant des méthodes comme des facteurs de croissance spécifiques et la technologie des cellules souches, les chercheurs peuvent cultiver des organoïdes humains ressemblant à des vaisseaux sanguins. Cette approche a montré un potentiel pour mieux comprendre le rôle des gènes dans le développement des MCC.
Le Protocole pour Créer des Organoïdes de Vaisseaux Sanguins
Créer ces organoïdes implique une série d'étapes pour assurer leur croissance et leur fonction adéquates. Des cellules souches humaines sont cultivées et différenciées en cellules vasculaires, créant des structures ressemblant à des vaisseaux sanguins. Ce processus a été simplifié pour permettre des tests à haut débit, ce qui signifie que les scientifiques peuvent générer rapidement de nombreux organoïdes pour l'expérimentation. Utiliser des plaques spéciales qui minimisent la manipulation manuelle aide à accélérer les choses - un peu comme une chaîne de montage, mais pour de minuscules vaisseaux sanguins.
Perfusion et Tests
Une fois les organoïdes de vaisseaux sanguins établis, la perfusion - le processus de les alimenter en sang ou en solutions nutritives - peut être testée. Cette étape est cruciale car elle imite la façon dont les vrais vaisseaux sanguins fonctionnent dans le corps. En plaçant les organoïdes sur des embryons de poulet ou dans des plaques spécialisées, les scientifiques peuvent observer comment ces vaisseaux sanguins artificiels circulent les fluides. C'est un peu comme préparer des mini-Olympiades, où les organoïdes doivent prouver à quel point ils peuvent tenir sous pression.
Prolifération dans les Modèles Knockout
Les modèles knockout - où des gènes spécifiques sont désactivés - ont ouvert une nouvelle voie pour comprendre le comportement cellulaire. Par exemple, lorsque les chercheurs ont désactivé certains gènes liés aux MCC, ils ont observé des résultats surprenants. En particulier, les cellules manquant le gène CCM3 ont montré des motifs de croissance agressifs, presque comme si elles essayaient de démarrer leur propre course dans le monde des organoïdes. Cette prolifération inattendue met en lumière la complexité des interactions génétiques et l'équilibre délicat de la croissance cellulaire.
Exploration des Différences et des Similitudes
Dans leurs analyses, les chercheurs ont trouvé divers groupes de cellules au sein des organoïdes affichant des traits d'expression génique uniques. Certains groupes étaient principalement composés de cellules vasculaires, tandis que d'autres montraient des caractéristiques de cellules éclaireuses qui pourraient aider les vaisseaux à croître. C'est comme une ville animée, où certains sont occupés à construire des routes, tandis que d'autres surveillent les problèmes.
L'Importance des Environnements de Croissance
Les conditions environnantes - comme le milieu de culture utilisé - ont joué un rôle significatif dans le comportement de ces cellules. Par exemple, certains environnements ont fait croître les cellules knockout comme des mauvaises herbes, tandis que d'autres n'ont pas soutenu leur croissance autant. Cela révèle à quel point les facteurs externes sont critiques pour déterminer les comportements cellulaires, soulignant qu'il ne s'agit pas seulement des gènes actifs, mais aussi de l'endroit où ils poussent.
Un Regard Plus Approfondi sur la Pathologie des MCC
À travers ces diverses études, il est devenu clair que les MCC ne sont pas juste des incidents isolés. Il existe un jeu d'interactions complexe entre les gènes, les comportements cellulaires et les conditions environnementales qui contribuent à leur formation. Cette complexité éclaire pourquoi certaines personnes avec certains défauts génétiques peuvent souffrir de symptômes plus graves que d'autres. C'est un enchevêtrement compliqué, où les fils d'information génétique et les influences environnementales s'entrelacent pour créer le résultat final.
Conclusion : Une Lueur d'Espoir
L'exploration des organoïdes de vaisseaux sanguins représente un pas significatif vers le déchiffrement des mystères des MCC. En fournissant une plateforme pour les tests et l'observation, ces modèles permettent aux scientifiques de mieux comprendre comment différents gènes et facteurs environnementaux contribuent à cette condition. Bien qu'il n'y ait pas encore de traitements ou de thérapies disponibles, la recherche continue de nous rapprocher de la compréhension et éventuellement du traitement des malformations caverneuses cérébrales.
À la fin, qui sait ? Peut-être qu'un jour, ces organoïdes nous aideront à tracer un chemin plus lisse vers un monde sans MCC, ou du moins, nous armeront des connaissances nécessaires pour les affronter efficacement.
Titre: High-throughput differentiation of human blood vessel organoids reveals overlapping and distinct functions of the cerebral cavernous malformation proteins
Résumé: Cerebral cavernous malformations (CCMs) are clusters of thin-walled enlarged blood vessels in the central nervous system that are prone to recurrent hemorrhage and can occur in both sporadic and familial forms. The familial form results from loss-of-function variants in the CCM1, CCM2, or CCM3 gene. Despite a better understanding of CCM pathogenesis in recent years, it is still unclear why CCM3 mutations often lead to a more aggressive phenotype than CCM1 or CCM2 variants. By combining high-throughput differentiation of blood vessel organoids from human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) with a CCM1, CCM2, or CCM3 knockout, single-cell RNA sequencing, and high-content imaging, we uncovered both shared and distinct functions of the CCM proteins. While there was a significant overlap of differentially expressed genes in fibroblasts across all three knockout conditions, inactivation of CCM1, CCM2, or CCM3 also led to specific gene expression patterns in neuronal, mesenchymal, and endothelial cell populations, respectively. Taking advantage of the different fluorescent labels of the hiPSCs, we could also visualize the abnormal expansion of CCM1 and CCM3 knockout cells when differentiated together with wild-type cells into mosaic blood vessel organoids. In contrast, CCM2 knockout cells showed even reduced proliferation. These observations may help to explain the less severe clinical course in individuals with a pathogenic variant in CCM2 and to decode the molecular and cellular heterogeneity in CCM disease. Finally, the ability to differentiate blood vessel organoids in a 96-well format will further facilitate their use in drug discovery and other biomedical research studies. STATEMENTS AND DECLARATIONSO_ST_ABSConflicts of interest statementC_ST_ABSThe authors declare no competing interests. The here described protocol for high-throughput organoid synthesis has been filed as a patent application at the European Patent Office (Process number: EP24213596.0) Author contribution statementMR, DSk, and UF designed the study. DSk, VS, LM, and RAP performed most of the functional experiments. SH and TA performed the CAM assays. SR performed the immunohistochemical stainings. SB, DSi, DSk, and VS performed the confocal microscopy and high-content imaging analyses. AE, CB, and EMB performed the scRNA sequencing analysis. AW and CAH performed and analyzed the karyotyping of the hiPSC clones. DSk, RAP, VS, KC, MR, and SB analyzed the data. DSk, VS, LM, and MR prepared figures. All authors contributed to the interpretation of the results. DSk, RAP, VS, and MR drafted the manuscript, and all authors contributed to writing. Ethics statementThis study does not involve human participants or animal subjects. Availability of data and materialsAll relevant data are published within the paper and the supplementary files. ScRNA sequencing data can be accessed through the Gene Expression Omnibus (GEO) database (record number: GSE276497).
Auteurs: Dariush Skowronek, Robin A. Pilz, Valeriia V. Saenko, Lara Mellinger, Debora Singer, Silvia Ribback, Anja Weise, Kevin Claaßen, Christian Büttner, Emily M. Brockmann, Christian A. Hübner, Thiha Aung, Silke Haerteis, Sander Bekeschus, Arif B. Ekici, Ute Felbor, Matthias Rath
Dernière mise à jour: 2024-12-05 00:00:00
Langue: English
Source URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.04.626588
Source PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.04.626588.full.pdf
Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Changements: Ce résumé a été créé avec l'aide de l'IA et peut contenir des inexactitudes. Pour obtenir des informations précises, veuillez vous référer aux documents sources originaux dont les liens figurent ici.
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