Reprogrammation et cellules souches pluripotentes induites (IPS)
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REPROGRAMMATION ET CELLULES SOUCHES PLURIPOTENTES INDUITES (IPS) Pr John DE VOS Département d’Ingénerie Cellulaire et Tissulaire INSERM 1183 - IRMB Hôpital St Eloi - CHU de Montpellier [email protected] @_jdevos_ STABILITÉ CELLULAIRE h5p://bodybrowser.googlelabs.com h5p://bodybrowser.googlelabs.com h5p://bodybrowser.googlelabs.com h5p://bodybrowser.googlelabs.com h5p://bodybrowser.googlelabs.com h5p://bodybrowser.googlelabs.com Une grande stabilité dans le temps! Organismes mulGcellulaires o Les Gssus sont très stables LA REPROGRAMMATION DifférenciaGon: irréversible? o Diagramme de Waddington Waddington, C. H., 1956, Principles of Embryology, op. cit., p. 412 DifférenciaGon: irréversible? o Diagramme de Waddington o Réseaux de facteurs de transcripGon Waddington, C. H., 1956, Principles of Embryology, op. cit., p. 412 DifférenciaGon: irréversible? o Diagramme de Waddington o Réseaux de facteurs de transcripGon o MéthylaGon de l’ADN, ModificaGon des histones (Epigénome) o miRNA, lnc RNA Waddington, C. H., 1956, Principles of Embryology, op. cit., p. 412 DifférenciaGon: irréversible? o La différenciaGon est irréversible (« locked-­‐in ») Macrophage Lympho B Fibroblaste Pancreas Exo Pancreas Endo Neuron Waddington, C. H., 1956, Principles of Embryology, op. cit., p. 412 DifférenciaGon: irréversible? o Peut-­‐on réverser la différenciaGon? ?? Macrophage Lympho B Fibroblaste Pancreas Exo Pancreas Endo Neuron Waddington, C. H., 1956, Principles of Embryology, op. cit., p. 412 CLONAGES (années 1950 - 2010) Réversibilité? Macrophage Lympho B Fibroblaste Pancreas Exo Pancreas Endo Gurdon JB & Byrne JA PNAS 2003 vol. 100 (14) pp. 8048-­‐52 Neuron o TransplantaGon nucléaire dans des oeufs de batraciens : Briggs and King Clonage Cellule différenciée de batracien Oeuf de batracien o John Gurdon : prix Nobel médecine 2012 Clonage chez le mammifère Macrophage Lympho B Cellule mammaire Dolly Pancreas Exo Pancreas Endo Nature, I Wilmut et al. 1997 vol. 385 (6619) pp. 810-­‐3 Neuron Clonage Macrophage Lympho B Cellule mammaire Pancreas Exo Pancreas Endo Nature, I Wilmut et al. 1997 vol. 385 (6619) pp. 810-­‐3 Neuron Clonages Clonage reproductif 30 ans Lignée ES personnalisée Clonage thérapeutique 7 ans L’expérience coréenne… o 16 jeunes femmes volontaires (?) o 242 oocytes (2-­‐3 cycles par femme) o 30 blastocytes par transfert nucléaire quand « autoclonage » (cellules du cumulus) o 20 masses cellulaires internes o 1 lignée ES o = pas de succès de transfert nucléaire hétérologue Woo Suk Hwang L’expérience coréenne… o 16 jeunes femmes volontaires (?) o 242 oocytes (2-­‐3 cycles par femme) o 30 blastocytes par transfert nucléaire quand « autoclonage » (cellules du cumulus) o 20 masses cellulaires internes o 1 lignée ES o = pas de succès de transfert nucléaire hétérologue CLOWNAGE ! Parthénogénèse !!!! Woo Suk Hwang Cell Stem Cell 2007 vol. 1:346-­‐52 Autres mammifères o Souris o Vache o Cochon o Chat o Lapin o Mulet o Chien o Etc. o … homme? LES iPS (2006 - ) ReprogrammaGon par facteurs définis? = réduire la complexité ?? ?? Macrophage Lympho B Fibroblaste Pancreas Exo Pancreas Endo Neuron Induced pluripotent stem cells (iPS) OCT4 SOX2 cMYC KLF4 peau 2006 S Yamanaka – Nobel Price 2012 Sherbrooke -­‐ June 2015 K. Takahashi and S. Yamanaka. Cell, 126:663, 2006. Induced pluripotent stem cells (iPS) OCT4 SOX2 cMYC KLF4 Sang peau coeur neurones 2006 S Yamanaka – Nobel Price 2012 Sherbrooke -­‐ June 2015 K. Takahashi and S. Yamanaka. Cell, 126:663, 2006. Autres techniques de reprogrammaGon o Autres combinaisons de gènes o ReprogrammaGon sans vecteur intégraGfs virus non intégraGfs (EBV) virus de Sendaï ARN (Warren et al., Cell Stem Cell 2010) Protéines + acGvaGon du système immunitaire inné (Lee et al. Cell 151: 547, 2012) o ReprogrammaGon « 100% chimique » (Hou et al. Science 341: 651) (souris seulement) o ReprogrammaGon avec une efficacité proche de 100% (KO de MBD3) (Gafni et al. Nature 2013) o o o o Résultats reproducGbles : reproduits dans le laboratoire Fibroblastes cutanés iPS Cardiomyocytes Neuroblastes Hepatocytes Leucocytes PEAU è COEUR J Wright – The alchimist, In Search of the Philosophers' Stone Fibroblastes cutanés iPS Tératome dans souris immunodéficiente (NSG) Fibres musculaires Fibroblastes cutanés iPS Cartilage Tube digestif Tératome dans souris immunodéficiente (NSG) La souris iPS : court-­‐circuiter la reproducGon sexuée iPS Blastocyste tétraploïde (4n) Nature 461 : 91, 2009 Applications des iPS ApplicaGons 1. ModélisaGon in vitro du développement humain normal et des maladies généGques 2. Une source illimité de cellules pour une médecine régénéraGve autologue 3. Un ouGl pour rajeunir des cellules âgées et/ou sénescentes Sherbrooke -­‐ June 2015 Sherbrooke -­‐ June 2015 LIMITES Mutagénèse inserGonnelle o Technique de référence : rétrovirus murin ou lenGvirus o Nouvelles techniques : o mRNA … o virus EBV o sendaï virus Science 2008 vol. 321 : 699 Obtenir des cellules différenciées perGnentes o NB : problémaGque partagée avec les ES Blood 2009 vol. 114: 1506 wikipedia iPS = ES ? o Anomalies épigénéGques o mémoire épigénéGque de la cellule de départ o aberraGon épigénéGques o Anomalies généGques o mutagénèse inserGonnelle o autres anomalies généGques o N’est pas retrouvé par tous (sauf mutagénèse inserGonnelle!): dépend du protocole de reprogrammaGon? de la cellule de départ? Q. Bai, R. Desprat, B. Klein, J.-­‐M. Lemaitre, and J. De Vos, “Embryonic stem cells or induced pluripotent stem cells? A DNA integrity perspecGve.,” Curr Gene Ther, vol. 13, pp. 93–98, Apr. 2013. REPROGRAMMATION PAR TRANSDIFFÉRENTIATION TransdifférenciaGon 19 TF => 3 Ascl Macrophage Lympho B Fibroblaste Pancreas Exo Pancreas Endo 1 , Brn2 , Myt 1 l Neuron Nature, Vierbuchen et al. 2010 Feb 25;463(7284):1035-­‐41
