Cultures organotypiques d’explants rétiniens de singe macaque

La dégénérescence rétinienne héréditaire (DR) est caractérisée par la mort progressive des cellules photoréceptrices et est causée par des mutations dans une grande variété de gènes pathogènes¹. Le résultat final de la RD est la perte de vision et dans la grande majorité des cas, la maladie reste incurable à ce jour. Par conséquent, il est important d’étudier les mécanismes cellulaires conduisant à la mort des photorécepteurs en utilisant des modèles qui représentent fidèlement l’état pathologique humain. Ici, les modèles à base de primates sont particulièrement intéressants en raison de leur proximité avec les humains. Notamment, de tels modèles peuvent faire progresser le développement d’interventions thérapeutiques appropriées qui peuvent arrêter ou retarder la mort des cellules photoréceptrices.

Des recherches antérieures sur les mécanismes de la mort cellulaire dans la RD ont démontré que la diminution ou la perte de l’activité de la phosphodiestérase 6 (PDE6) causée par des mutations génétiques déclenchant la RD entraîne une hydrolyse réduite de la guanosine monophosphate cyclique (GMPc)^2,3. cGMP est un agoniste spécifique des canaux ioniques cycliques dépendants des nucléotides (CNGC) dans les segments externes des bâtonnets (ROS) et est également une molécule clé responsable de la conversion des signaux lumineux en signaux électriques dans les cellules photoréceptrices des vertébrés⁴. L’hydrolyse réduite des GMPc provoque l’accumulation de GMPc dans les ROM, conduisant à l’ouverture des ^{CGNCc 5}. Par conséquent, les voies de phototransduction sont activées, ce qui entraîne une augmentation des concentrations de cations dans les cellules photoréceptrices. Ce processus impose une charge métabolique aux photorécepteurs qui, lorsqu’ils sont suractivés, par exemple par des mutations de la PDE6, peuvent provoquer la mort cellulaire.

De nombreuses études ont montré qu’une suraccumulation significative de GMPc dans les photorécepteurs de modèles murins présentant différentes mutations du gène RD peut provoquer l’activation de la protéine kinase dépendante du GMPc (PKG)^3,6. Cela conduit à une augmentation substantielle des cellules TUNEL-positives mourantes et à un amincissement progressif de la couche de cellules photoréceptrices. Des études antérieures suggèrent que la suractivation de la PKG causée par des taux élevés de BPFc est une condition nécessaire et suffisante pour l’induction de la mort cellulaire photoréceptrice ^2,5. Des études sur différents modèles murins de DR ont également montré que l’activation de la PKG induite par des niveaux élevés de GMPc dans les photorécepteurs entraîne une suractivation des effecteurs en aval tels que la poly-ADP-ribose polymérase 1 (PARP1), l’histone désacétylase (HDAC) et la^calpaïne 2,7,8,9. Cela implique des associations causales entre ces différentes protéines cibles et la mort cellulaire photoréceptrice.

Cependant, les recherches antérieures sur la pathologie, la toxicopharmacologie et la thérapie de la DR étaient principalement basées sur des modèles murins pour DR^10,11,12. Néanmoins, d’immenses difficultés subsistent dans la traduction clinique de ces résultats. Cela est dû aux différences génétiques et physiologiques considérables entre les souris et les humains, en particulier en ce qui concerne la structure rétinienne. En revanche, les primates non humains (PNH) partagent également un degré élevé de similitude avec les humains en ce qui concerne les caractéristiques génétiques, les schémas physiologiques et la régulation des facteurs environnementaux. Par exemple, la thérapie optogénétique a été étudiée comme moyen de restaurer l’activité rétinienne dans un modèle de PSN¹³. Lingam et ses collègues ont démontré que les cellules précurseurs photorétiniennes dérivées de cellules souches pluripotentes induites par l’homme et de qualité professionnelle peuvent sauver les dommages causés par les photorécepteurs coniques dans le NHP¹⁴. Par conséquent, les modèles de PSN sont importants pour l’exploration de la pathogenèse DR et la mise au point de méthodes de traitement efficaces. En particulier, les modèles de DR des PSN, présentant des mécanismes pathogènes semblables à ceux des humains, pourraient jouer un rôle essentiel dans les études sur le développement et l’analyse toxicopharmacologique in vivo de nouveaux médicaments.

Compte tenu du long cycle de vie, du niveau élevé de difficultés techniques et du coût élevé de l’établissement de modèles de primates in vivo, nous avons établi un modèle in vitro de primates non humains (PNH) en utilisant des cultures de rétine de macaque explanté. Tout d’abord, des macaques de type sauvage âgés de 1 à 3 ans ont été sélectionnés pour la culture in vitro d’explants rétiniens, qui comprenaient le complexe rétine-RPE-choroïde. Les explants ont ensuite été traités avec différentes concentrations de zaprinaste, inhibiteur de la PDE6 (100 μM, 200 μM et 400 μM) pour induire la voie de signalisation cGMP-PKG. La mort cellulaire des photorécepteurs a été quantifiée et analysée à l’aide du test TUNEL, et l’accumulation de BPF dans les explants a été vérifiée par immunofluorescence. Compte tenu du degré élevé de similitude en ce qui concerne la distribution cellulaire et la morphologie, l’épaisseur de la couche rétinienne et d’autres caractéristiques physiologiques de la rétine entre les singes et les humains, l’établissement de la voie de signalisation cGMP-PKG dans le modèle rétinien in vitro pourrait faciliter les recherches futures sur la pathogenèse de la DR ainsi que les études sur le développement et la toxicopharmacologie de nouveaux médicaments pour le traitement de la DR.