Migrations, Chemo-Attraction et Co-Culture Assays for Human Stem Cell-Derived Endothelial Cells and GABAergic Neurons (en anglais)

Les cellules endothéliales forment la muqueuse des vaisseaux sanguins et les fonctions importantes de médiation qui incluent le maintien de la perméabilité de mur de vaisseau, la régulation du flux sanguin, l’agrégation de plaquette, et la formation de nouveaux vaisseaux sanguins. Dans le cerveau, les cellules endothéliales font partie d’une barrière hémato-encéphalique critique qui contrôle étroitement l’échange de matériaux entre le cerveau et la circulation sanguine¹. Nos études dans la dernière décennie ont identifié de nouveaux rôles neurogènes des cellules endothéliales de cerveau qui ont des implications significatives pour le développement et le comportement de cerveau^2,3,4,5. Nous avons montré que le cerveau embryonnaire de souris est vascularisé par deux sous-types distincts des navires, les vaisseaux pial et les vaisseaux périventriculaires, qui diffèrent dans l’anatomie, l’origine, et le profil développemental^2. Les cellules endothéliales qui tapissent ces deux sous-types de vaisseaux présentent des différences distinctes dans leurs profils d’expression génique. Tandis que les cellules endothéliales piales expriment principalement des gènes liés à l’inflammation et à la réponse immunitaire, les cellules endothéliales periventriculaires sont uniquement enrichies dans l’expression des gènes généralement associés à la neurogenèse, à la migration neuronale, à la chimiotaxie, et au guidage d’axone^3. Les cellules endothéliales periventriculaires abritent également une nouvelle voie de signalisation DE GABA qui est distincte de la voie neuronale traditionnelle de signalisation de GABA^5. En même temps que son expression génique, des cellules endothéliales periventriculaires ont été trouvées pour réguler la migration et la distribution des interneurons GABAergic dans le néocortex en développement. Pendant le développement embryonnaire, les cellules endothéliales periventriculaires subissent la migration à longue distance le long d’un gradient ventral-dorsal pour établir le réseau vasculaire periventriculaire^2,3. Cette route migratoire est reflétée un jour plus tard par des interneurones. Les interneurones migrateurs interagissent physiquement avec le réseau vasculaire périventriculaire préformé et l’utilisent comme guide pour atteindre leur destination finale dans le néocortex. En plus d’agir comme substrat physique, les cellules endothéliales périventriculaires servent de source de repères de navigation pour les neurones migrateurs. Periventricular endothelial cell-secreted GABA guide la migration interneuron et régule leurs modèles de distribution finale⁴. Les défauts dans la migration et la distribution interneuron sont associés aux désordres neuropsychiatriques tels que l’autisme, l’épilepsie, la schizophrénie et la dépression^6,7,8,9,10. Par conséquent, l’étude des fonctions endothéliales periventriculaires de cellules et de leur influence sur la migration interneuron dans le contexte humain devient critique pour adresser la pathogénie de ces désordres.

Nous avons généré des cellules endothéliales periventriculaires humaines à partir de cellules souches embryonnaires humaines dans notre laboratoire¹¹, en utilisant la technologie induite des cellules souches pluripotentes (iPSC)^12,13. Pour valider si les cellules endothéliales periventriculaires humaines imitent fidèlement les cellules endothéliales periventriculaires de souris, et pour évaluer quantitativement leur influence sur la migration interneuron, nous avons développé trois essais in vitro : un essai de migration à longue distance, un essai de migration de co-culture, et un essai de chimio-attraction. Ici, nous décrivons les protocoles pour ces essais en détail. Les trois essais sont basés sur l’utilisation d’inserts de culture de silicone pour créer un petit patch rectangulaire de cellules (de dimensions fixes) entouré s’un de l’espace sans cellules. La distance de migration est évaluée en mesurant la distance entre les positions finales des cellules à partir de la bordure de la plaque rectangulaire qui a été décrite le jour 0. Dans l’essai de migration à longue distance, les cellules endothéliales periventriculaires humaines sont enseventées comme un patch au centre d’un plat de 35 mm, et les distances parcourues par les cellules sur une longue période de temps sont calculées. Dans l’essai de migration de co-culture, les cellules endothéliales periventriculaires humaines sont co-enseçantes avec des interneurons humains comme un patch dans un plat de 35 mm. Cette configuration permet d’examiner l’effet des interactions physiques directes de ces deux types de cellules sur le taux de migration des interneurones. L’exemple de chimio-attraction mesure la migration des interneurones en réponse aux indices chimio-attrayants sécrétés par les cellules endothéliales periventriculaires humaines. Les interneurones sont ensedus comme un patch rectangulaire, avec des cellules endothéliales periventriculaires humaines et contrôlent les cellules endothéliales non periventriculaires ensevulées comme des taches de taille similaire de chaque côté. Chacune des plaques cellulaires est séparée par un espace sans cellules de 500 m. La réponse des interneurones est évaluée en quantifiant le nombre de cellules qui ont migré vers les cellules endothéliales periventriculaires par rapport au contrôle des cellules endothéliales non perventriculaires.

Ces essais fournissent l’évaluation robuste des fonctions endothéliales periventriculaires humaines de cellules et de leur influence sur la migration interneuron. La nouvelle configuration de l’analyse longue distance et de l’analyse de la migration par co-culture fournit un espace libre de cellules dans la gamme de centimètres (1-1,5 cm) pour permettre la détection de la migration à longue distance. Un résumé des caractéristiques de nos essais par rapport à d’autres essais populaires est présenté dans le tableau 1. Collectivement, les essais décrits ici serviront de plate-forme pour évaluer les cellules endothéliales periventriculaires « malades » et les interneurons générés par les iPSC des désordres de cerveau comme la schizophrénie, l’autisme ou l’épilepsie. Ces essais peuvent également être utilisés pour déterminer comment différentes conditions (p. ex. inhibiteurs, ligands, ARNi) affectent la migration cellulaire. Enfin, ces tests peuvent être optimisés pour d’autres types de cellules afin de mesurer la migration à longue distance, la chimio-attraction ou la migration par mediated cellule-cell.