In Vitro Generation of Mouse Heart Field-specific Cardiac Progenitor Cells In Vitro Generation of Mouse Heart Field-specific Cardiac Progenitor Cells In Vitro Generation of Mouse Heart Field-specific Cardiac Progenitor Cells In Vitro

L’utilisation de cellules souches pluripotentes (CSP) a révolutionné le domaine de la régénération cardiaque et de la médecine personnalisée avec des myocytes spécifiques aux patients pour la modélisation des maladies et les pharmacothérapies^{1,2,3, 4}. Plus récemment, des protocoles in vitro pour la génération de cardiomyocytes auriculaires vs ventriculaires ainsi que des stimulateurs cardiaques dérivés de PSC ont été développés^5,6. Cependant, si la cardiogenèse peut être recréée in vitro pour étudier le développement cardiaque et par la suite produire des cellules cardiaques ventriculaires spécifiques à la chambre est encore peu claire.

Au début du développement embryonnaire, les cellules mésodermales sous l’influence de morphogènes sécrétés tels que BMP4, Wnts et Activin A forment la strie primitive⁷. Les cellules mésodermales cardiaques marquées par l’expression de Mesp1, migrent antérieurement et dernièrement pour former le croissant cardiaque, puis le tube cardiaque primitif^7,8. Ce groupe migratoire de cellules comprend deux populations très distinctes de cellules progénitrices cardiaques (CPC), à savoir le premier et le deuxième champ cardiaque (FHF et SHF)^9,10. Les cellules de la SHF sont hautement proliférantes et migratrices et sont principalement responsables de l’allongement et de la boucle du tube cardiaque. En outre, les cellules SHF se différencient en cardiomyocytes, fibroblastes, muscles lisses et cellules endothéliales comme ils entrent dans le tube cardiaque pour former le ventricule droit, le tractus ventriculaire droit et une grande partie des deux^{oreillettes 7,10}. En revanche, les cellules FHF sont moins proliférantes et migratrices et se différencient principalement aux cardiomyocytes car elles donnent lieu au ventricule gauche et à une plus petite partie des oreillettes^11. En outre, les progéniteurs SHF sont marqués par l’expression de Tbx1, FGF8, FGF10 et Six2 tandis que les cellules FHF expriment Hcn4 et Tbx5^{11,12,13,14,15}.

Les CSP peuvent se différencier des trois couches germinales et, par la suite, de n’importe quel type de cellule dans le corps^4,16. Par conséquent, ils offrent un potentiel énorme pour comprendre le développement cardiaque et pour modéliser des défauts développementaux spécifiques ayant pour résultat la maladie cardiaque congénitale, la cause la plus fréquente des défauts de naissance¹⁷. Un grand sous-groupe de maladie cardiaque congénitale inclut des anomalies cardiaques de chambre-spécifiques^18,19. Cependant, il ne sait toujours pas si ceux-ci proviennent du développement anormal du champ cardiaque. En outre, étant donné l’incapacité des cardiomyocytes à proliférer après la naissance, il ya eu des efforts considérables pour créer des tissus cardiaques pour la régénération cardiaque^1,7,20. Compte tenu des différences physiologiques et morphologiques entre les chambres cardiaques, la génération de tissu cardiaque spécifique à la chambre à l’aide de CSP est d’une importance significative. Bien que les progrès récents en cardiologie développementale aient mené à la génération robuste de cellules cardiaques des PSC, il est toujours peu clair si les deux champs de coeur peuvent être induits dans des systèmes de PSC.

Pour récapituler la cardiogenèse in vitro et étudier les spécifications et les propriétés des CPC, nous avons déjà utilisé un système basé sur la différenciation des sphéroïdes cardiaques dérivés de la CFP^21,22,23,24. Récemment, nous avons produit des cellules souches embryonnaires de souris (MESC) avec des reporters de GFP et de DP sous le contrôle du gène Hcn4 de FHF et du gène Tbx1 de SHF, respectivement (mESCtbtb1-Cre^{; Rosa-RFP; HCN4-GFP}) ²⁵. Les MESC différenciés in vitro ont formé des sphéroïdes cardiaques dans lesquels les cellules GFPet et RFPsont apparues de deux zones distinctes de cellules mésodermales et modelées d’une manière complémentaire. Les cellules GFPMD et RFPMD qui en ont résulté présentaient respectivement des caractéristiques FHF et SHF, déterminées par des analyses de séquençage de l’ARN et de clonal. Fait important, en utilisant des MESC transportant le journaliste Isl1-RFP (mESC^Isl1-RFP), nous avons découvert que les cellules SHF étaient fidèlement marquées par la protéine de surface cellulaire CXCR4, ce qui peut permettre l’isolement des cellules spécifiques au champ cardiaque sans transgènes. Le protocole actuel décrira la génération et l’isolement des CPC spécifiques au champ cardiaque à partir des CSE, qui peuvent servir d’outil précieux pour l’étude des maladies cardiaques propres à la chambre.