Journal de recherche sur le diabète et d'endocrinologie Libre accès

Abstrait

Euro Diabetes 2019 : Des cellules souches dérivées de muscles adultes se greffent et se différencient en cellules exprimant l'insuline dans les îlots pancréatiques de souris diabétiques soulageant l'hyperglycémie - Ned Lamb - CNRS

Ned Lamb

Les cellules bêta pancréatiques sont des effecteurs uniques dans le contrôle de l'homéostasie du glucose et leur déficit entraîne une altération de la production d'insuline conduisant à des maladies diabétiques sévères. Ici, nous avons étudié le potentiel d'une population de cellules souches dérivées du muscle (MDSC) non adhérentes provenant de souris adultes ou de muscles humains à se différencier in vitro en cellules bêta et, une fois transplantées in vivo, en tant que cellules souches indifférenciées, à se différencier in vivo et à compenser le déficit en cellules bêta. Méthodologie et orientation théorique : In vitro, les MDSC ont été isolées sur la base de leur faible adhérence par pré-plaquage en série pendant 8 jours. Les MDSC cultivées pendant plusieurs semaines se sont spontanément différenciées en amas de cellules de type îlot exprimant l'insuline, comme le révèle l'utilisation de MDSC provenant de souris transgéniques exprimant GFP ou mCherry sous le contrôle d'un promoteur d'insuline. Des amas différenciés de cellules de type bêta co-exprimaient l'insuline avec les facteurs de transcription Pdx1, Nkx2.2, Nkx6.1 et MafA, et sécrétaient des niveaux significatifs d'insuline en réponse aux défis du glucose. In vivo, des MDSC indifférenciées injectées par voie intrapéritonéale chez des souris traitées à la streptozotocine (STZ), greffées dans les 48 heures spécifiquement dans des îlots pancréatiques endommagés et se différencient et expriment l'insuline 2 à 12 jours après l'injection. De plus, l'injection de MDSC à des souris diabétiques hyperglycémiques traitées à la STZ a réduit leur glycémie pendant 2 à 10 semaines. Conclusion et signification : Ces données montrent que les cellules souches musculaires, MDSC, sont capables de se différencier en cellules matures de type îlot bêta pancréatique non seulement lors de la culture in vitro mais également in vivo après injection systémique dans des modèles de souris diabétiques induites par la STZ. Étant non tératogènes, les MDSC peuvent être utilisées directement par injection systémique et ce potentiel révèle une voie alternative prometteuse dans le traitement à base de cellules souches des déficiences en cellules bêta.
Discussion : Nous avons montré ici qu'une population de progéniteurs multipotents isolés de MDSC squelettiques sont compétents pour se différencier in vitro en amas de cellules de type îlot exprimant et sécrétant de l'insuline. Ces amas de cellules expriment un certain nombre de marqueurs typiques de la différenciation endocrine, des progéniteurs pancréatiques et de la différenciation des cellules bêta pancréatiques matures. Les amas de cellules de type îlot différenciés in vitro exprimaient l'insuline comme confirmé par des rapporteurs fluorescents (eGFP ou mCherry) dans des amas formés de MDSC extraits de muscles de souris transgéniques MIP-eGFP ou RIP-mCherry et sécrétaient également de l'insuline en réponse à un défi de glucose. Il est frappant de constater que, lors d’essais in vivo, après injection IP de MDSC fraîchement purifiées sous forme de cellules souches chez des souris ayant subi une destruction chimique des cellules bêta, elles se sont localisées spécifiquement dans les îlots endommagés dans les 48 heures et se sont différenciées en cellules bêta exprimant l’insuline dans les 10 jours suivant l’injection. De plus, l’injection de MDSC indifférenciées chez des souris hyperglycémiques a effectivement réduit leur taux de glucose sanguin vers des niveaux normaux.
Alors que les cellules souches mésenchymateuses dérivées de la moelle osseuse et définies comme une population de cellules stromales ont été largement étudiées, la population de cellules souches musculaires que nous avons examinée ici a été isolée et purifiée sur la base de sa plus faible adhérence aux boîtes en plastique et même recouvertes de collagène. De telles propriétés de faible adhérence peuvent favoriser une plus grande capacité de migration après injection systémique, et le muscle squelettique présente un certain nombre de caractéristiques essentielles qui en font une source potentiellement idéale de cellules souches pour une utilisation directe in vivo. Avec une capacité d'auto-renouvellement tout au long de la vie pour réparer les dommages ou subir une croissance et une différenciation de novo, le muscle squelettique est remarquable par sa rareté à développer un cancer, sauf dans de rares cas de rhabdomyosarcome dans l'enfance. Français Cette grande plasticité du muscle squelettique, capable de s'atrophier ou de s'hypertrophier rapidement tout au long de la vie, implique la régénération de différents types de tissus et d'organes en plus des fibres musculaires : tissu conjonctif, vascularisation et, surtout, innervation (puisqu'un muscle dénervé ne peut se régénérer complètement et s'atrophie à la place). Le filament intermédiaire nestine, connu pour être un marqueur des cellules souches et progénitrices méso-ectodermiques, est présent dans 12 à 15 % des cellules initialement isolées du tissu musculaire et enrichies de cinq fois (à 75-80 %) lors du processus de purification des MDSC. La nestine n'est pas seulement un marqueur des cellules souches et progénitrices neuronales, mais est également exprimée dans les cellules progénitrices présentes dans les îlots pancréatiques. De plus, lorsque les progéniteurs pancréatiques et les cellules exprimant l'insuline sont dérivés des cellules souches embryonnaires de souris, la nestine est exprimée pendant la phase progénitrice et joue un rôle essentiel dans le processus de différenciation des cellules souches en cellules sécrétant de l'insuline. Lorsque des amas exprimant l'insuline ont été différenciés des MDSC exprimant l'eGFP sous le contrôle du promoteur de la nestine, nous avons observé que les cellules positives à la nestine-GFP s'accumulaient dans et autour des amas ressemblant à des îlots avec, mais distinctement, des cellules exprimant l'insuline. Nous avons précédemment montré que les MDSC sont multipotentes et peuvent se différencier en au moins cinq lignées différentes dérivées du méso-ectoderme, y compris des cellules typiques de type neuronal et des cellules pacemaker battant automatiquement (Mesirca et al., manuscrit en préparation). Nous montrons ici qu'en plus de ces deux types de cellules excitables, les MDSC peuvent également se différencier spontanément en 2 à 3 semaines de culture en amas de cellules qui expriment plusieurs marqueurs d'un autre type de cellules excitables, la lignée des cellules bêta pancréatiques.