Co-culture d’organoïdes épithéliaux murins de l’intestin grêle avec des cellules lymphoïdes innées

La communication entre l’épithélium intestinal et le système immunitaire résident de l’intestin est essentielle au maintien de l’homéostasie intestinale¹. Les perturbations de ces interactions sont associées à des maladies locales et systémiques, y compris les maladies inflammatoires de l’intestin (MII) et les cancers gastro-intestinaux². Un exemple notable d’un régulateur critique de l’homéostasie décrit plus récemment provient de l’étude des cellules lymphoïdes innées (ILC), qui sont devenues des acteurs clés du paysage immunitaire intestinal³. Les ILC sont un groupe de cellules immunitaires innées hétérogènes qui régulent l’homéostasie intestinale et orchestrent l’inflammation en grande partie par la signalisation médiée par les cytokines⁴.

Les ILC murins sont largement divisés en sous-types en fonction des profils d’expression du facteur de transcription, des récepteurs et des cytokines⁵. Les ILC de type 1, qui comprennent les cellules cytotoxiques Natural Killer (NK) et les ILC de type auxiliaire de type 1 (ILC1s), sont définis par l’expression du facteur de transcription (eomesodermine) Eomes et de la protéine T-box exprimées dans les lymphocytes T (T-bet)⁶, respectivement, et sécrètent des cytokines associées à l’immunité T helper de type 1 (T_H1) : interféron-γ (IFNγ) et facteur de nécrose tumorale (TNF), en réponse à l’interleukine (IL)-12, IL-15 et IL-18⁷. Au cours de l’homéostasie, les ILC1 résidant dans les tissus sécrètent des β transformant le facteur de croissance (TGF-β) pour stimuler la prolifération épithéliale et le remodelage de la matrice⁸. Les ILC de type 2 (ILC2) répondent principalement à l’infection par les helminthes par la sécrétion de cytokines associées au T helper de type 2 (T_H2) : IL-4, IL-5 et IL-13, et sont caractérisées par l’expression du récepteur orphelin (ROR) lié à l’acide rétinoïque α (ROR-α)⁹ et de la protéine de liaison GATA 3 (GATA-3)10,11,12 . Chez la souris, les ILC2 « inflammatoires » intestinaux sont en outre caractérisés par l’expression du récepteur de type lectine des cellules tueuses (sous-famille G membre 1, KLRG)¹³ où ils répondent à l’IL-25^14,15 dérivée des cellules épithéliales de la touffe. Enfin, les ILC de type 3, qui comprennent les cellules inductrices du tissu lymphoïde et les ILC de type 3 auxiliaires (ILC3), dépendent du facteur de transcription ROR-γt¹⁶ et se regroupent en groupes qui sécrètent soit un facteur de stimulation des colonies de macrophages granulocytes (GM-CSF), IL-17 ou IL-22 en réponse aux signaux locaux IL-1β et IL-23¹⁷. Les cellules inductrices du tissu lymphoïde se regroupent dans les patchs de Peyer et sont cruciales pour le développement de ces organes lymphoïdes secondaires au cours du développement¹⁸, tandis que les ILC3 sont le sous-type d’ILC le plus abondant dans la lamina propria de l’intestin grêle murin adulte. L’un des premiers systèmes de co-culture organoïde intestinale murine avec des ILC3 a été exploité pour distinguer l’impact de la cytokine IL-22 sur le transducteur de signal et l’activateur de transcription 3 (STAT-3) médié par la répétition riche en leucine contenant le récepteur couplé à la protéine G 5 (Lgr5) ⁺ prolifération des cellules souches^{intestinales 19}, un exemple puissant d’une interaction ILC-épithéliale régénérative. Les ILC présentent une hétérogénéité d’empreinte entre les organes^20,21 et ^présentent une plasticité entre les sous-ensembles en réponse à des cytokines polarisantes²². Ce qui motive ces empreintes tissulaires et ces différences de plasticité, et quel rôle elles jouent dans les maladies chroniques telles que la^{MII 23}, restent des sujets passionnants qui pourraient être abordés à l’aide de co-cultures organoïdes.

Les organoïdes intestinaux sont apparus comme un modèle réussi et fiable pour étudier l’épithélium intestinal^24,25. Ceux-ci sont générés par la culture de cellules souches Lgr5⁺ épithéliales intestinales, ou de cryptes isolées entières, qui incluent des cellules Paneth comme source endogène de Wnt Family Member 3A (Wnt3a). Ces structures 3D sont maintenues soit dans des hydrogels synthétiques²⁶, soit dans des biomatériaux qui imitent la lamina propria basale, par exemple, la matrice extracellulaire basale à réticulation thermique (TBEM), et sont complétées par des facteurs de croissance qui imitent la niche environnante, notamment le facteur de croissance épithélial (EGF), l’inhibiteur de la protéine morphogénétique osseuse (BMP) Noggin, et un ligand Lgr5 et un agoniste Wnt R-Spondin1²⁷ . Dans ces conditions, les organoïdes maintiennent la polarité apico-basale épithéliale et récapitulent la structure crypte-villosité de l’épithélium intestinal avec des cryptes de cellules souches bourgeonnantes qui se différencient en phase terminale en cellules absorbantes et sécrétoires au centre de l’organoïde, qui se déversent ensuite dans le pseudollumen interne par anoikis²⁸. Bien que les organoïdes intestinaux seuls aient été extrêmement avantageux en tant que modèles réductionnistes du développement épithélial et de la dynamique isolément^29,30, ils recèlent un énorme potentiel futur pour comprendre comment ces comportements sont régulés, influencés ou même perturbés par le compartiment immunitaire.

Dans le protocole suivant, une méthode de co-culture entre des organoïdes murins de l’intestin grêle et des ILC1 dérivés de la lamina propria est décrite, qui a récemment été utilisée pour identifier comment cette population diminue de manière inattendue les signatures intestinales de l’inflammation et contribue plutôt à une prolifération épithéliale accrue via le TGF-β dans ce système⁸.