Transdifférenciation

Dans cette approche, des facteurs de transcription provenant de cellules progénitrices du type cellulaire cible sont transfectés dans une cellule somatique pour induire une transdifférenciation . Il existe deux méthodes pour déterminer les facteurs de transcription à utiliser : soit en partant d’un large ensemble et en sélectionnant les facteurs un par un , soit en commençant par un ou deux facteurs et en en ajoutant d’autres . Une théorie expliquant les spécificités du processus est que des facteurs de transcription ectopiques dirigent la cellule vers un état progéniteur antérieur, puis la redirigent vers un nouveau type cellulaire. Le réarrangement de la structure de la chromatine par méthylation de l’ADN ou modification des histones pourrait également jouer un rôle . Voici une liste d’exemples in vitro et in vivo . Les méthodes in vivo de transfection de cellules murines spécifiques utilisent les mêmes types de vecteurs que les expériences in vitro , à la différence que le vecteur est injecté dans un organe spécifique. Zhou et al. (2008) ont injecté Ngn3, Pdx1 et Mafa dans le lobe splénique dorsal (pancréas) de souris pour reprogrammer les cellules exocrines pancréatiques en cellules β afin d'améliorer l'hyperglycémie.

Les cellules somatiques sont d'abord transfectées temporairement avec des facteurs de reprogrammation pluripotents ( Oct4 , Sox2 , Nanog , etc.) avant d'être transfectées avec les facteurs inhibiteurs ou activateurs souhaités. Voici une liste d' exemples in vitro .

L'inhibiteur de la méthylation de l'ADN, la 5-azacytidine, est également connu pour favoriser la transdifférenciation phénotypique des cellules cardiaques en myoblastes squelettiques.

Dans le cancer de la prostate , les traitements ciblant les récepteurs aux androgènes induisent une transdifférenciation neuroendocrine chez un sous-groupe de patients. Il n'existe pas de traitement standard pour ces patients, et ceux chez qui un carcinome neuroendocrine induit par le traitement est diagnostiqué sont généralement traités de manière palliative.

Les facteurs de transcription agissent comme un déclencheur à court terme d'un processus irréversible. La transdifférenciation des cellules hépatiques a été observée 8 mois après une seule injection de pdx1.

Les facteurs de transcription ectopiques inhibent le répertoire d'expression génique de l'hôte dans chacune des cellules. Cependant, le répertoire alternatif souhaité n'est activé que dans une sous-population de cellules prédisposées. Malgré la dédifférenciation massive, l'approche de traçage de lignée démontre que la transdifférenciation prend naissance dans les cellules adultes.

Déterminer l'ensemble spécifique de facteurs cellulaires à manipuler pour chaque conversion cellulaire est un processus long et coûteux, impliquant de nombreux essais et erreurs. De ce fait, cette première étape d'identification des facteurs cellulaires clés pour la conversion représente le principal obstacle auquel sont confrontés les chercheurs en reprogrammation cellulaire. Une équipe internationale de chercheurs a développé un algorithme, appelé Mogrify (1), capable de prédire l'ensemble optimal de facteurs cellulaires requis pour convertir un type cellulaire humain en un autre. Lors des tests, Mogrify a prédit avec précision l'ensemble des facteurs cellulaires nécessaires à des conversions cellulaires déjà publiées. Afin de valider davantage la capacité prédictive de Mogrify, l'équipe a réalisé deux nouvelles conversions cellulaires en laboratoire, à partir de cellules humaines, et ces deux tentatives ont été couronnées de succès grâce aux seules prédictions de Mogrify. Mogrify est disponible en ligne pour les autres chercheurs et scientifiques.l'épigénome , le transcriptome et le protéome . Les cellules peuvent aussi être évaluées selon leur capacité à s'intégrer au tissu correspondant in vivo et à remplacer fonctionnellement leur homologue naturel. Dans une étude, la transdifférenciation de fibroblastes de la queue en cellules de type hépatocytaire à l'aide des facteurs de transcription Gata4 , Hnf1α et Foxa3 , et l'inactivation de p19(Arf), n'ont restauré les fonctions hépatiques de type hépatocytaire que chez la moitié des souris, la survie étant utilisée comme critère d'évaluation.

En général, la transdifférenciation observée dans les cellules de souris ne se traduit pas par la même efficacité ni la même rapidité dans les cellules humaines. Pang et al. ont constaté que si les facteurs de transcription Ascl1 , Brn2 et Myt1l transformaient les cellules de souris en neurones matures, ces mêmes facteurs ne transformaient les cellules humaines qu'en neurones immatures. Cependant, l'ajout de NeuroD1 a permis d'accroître l'efficacité et d'aider les cellules à atteindre leur maturité.

L’ordre d’expression des facteurs de transcription peut déterminer le devenir de la cellule. Iwasaki et al. (2006) ont montré que, dans les lignées hématopoïétiques, le moment d’expression de (C/EBPalpha) peut influencer la capacité des de granulocytes / monocytes , d’éosinophiles , de basophiles ou en progéniteurs bipotents de basophiles / mastocytes .

Il a été observé que, lors de l'injection de cellules souches pluripotentes induites chez la souris, le système immunitaire de la souris tératomes formés. Ceci pourrait s'expliquer en partie par la reconnaissance, par le système immunitaire, de marqueurs épigénétiques de séquences spécifiques des cellules injectées. Cependant, l'injection de cellules souches embryonnaires a induit une réponse immunitaire beaucoup plus faible. Il reste à déterminer si ce phénomène se produira également avec des cellules transdifférenciées.

Pour réaliser une transfection , on peut utiliser des vecteurs viraux intégrants tels que les lentivirus ou les rétrovirus , des vecteurs non intégrants tels que les virus Sendai ou les adénovirus , des microARN et diverses autres méthodes, notamment l'utilisation de protéines et de plasmides ; un exemple est la délivrance non virale de plasmides codant pour des facteurs de transcription à l'aide d'un vecteur polymérique pour induire la transdifférenciation neuronale de fibroblastes. Lorsque des molécules étrangères pénètrent dans les cellules, il faut tenir compte des inconvénients potentiels et du risque de développement tumoral. Les vecteurs viraux intégrants peuvent induire des mutations lors de leur insertion dans le génome. Une solution consiste à exciser le vecteur viral une fois la reprogrammation effectuée, comme par exemple avec la recombinaison Cre-Lox Les vecteurs non intégrants présentent d'autres problèmes concernant l'efficacité de la reprogrammation et l'élimination du vecteur.