Ingénierie de cellules microgliales induites par le sang humain pour la recherche sur le cerveau à traduction inverse

Au cours des dernières années, il a été suggéré que l’inflammation cérébrale joue un rôle central dans la physiopathologie de divers troubles cérébraux et neuropsychiatriques ; les microglies ont été mises en évidence comme des cellules immunomodulatrices clés par l’analyse cérébrale post-mortem humaine et les techniques de bio-imagerie basées sur la tomographie par émission de positons (TEP) 1,2,3,4. Les analyses post-mortem du cerveau et de l’imagerie TEP révèlent des résultats significatifs ; Néanmoins, ces approches sont inefficaces en termes de capture des activités moléculaires dynamiques de la microglie humaine dans le cerveau dans leur intégralité. Par conséquent, de nouvelles stratégies sont nécessaires pour permettre une évaluation complète des fonctions et des dysfonctionnements microgliaux humains aux niveaux moléculaire et cellulaire.

En 2014, nous avons initialement mis au point une nouvelle technique pour produire^{des cellules} microglia-like (iMG) directement induites ^5,6, avant la première publication de cellules microglia-like dérivées de cellules souches pluripotentes induites par l’homme (iPSC) en 2016⁷. En seulement 2 semaines, nous avons réussi à convertir les monocytes du sang périphérique humain en cellules iMG en optimisant les cytokines, le facteur de stimulation des colonies de granulocytes-macrophages (GM-CSF) et l’interleukine 34 (IL-34). Lorsque nous avons développé cette technique, la méthode innovante de reprogrammation consistant à induire des cellules neuronales à partir de cellules iPS ou de fibroblastes commençait tout juste à s’imposer dans le monde 8,9,10,11. Cependant, à cette époque, une méthode pour induire des cellules microgliales dérivées d’iPS n’avait pas encore été rapportée, et la génération d’un modèle microglial dérivé de cellules somatiques humaines était souhaitée. Étant donné que des cytokines telles que GM-CSF et IL-34, facteur de stimulation des colonies de macrophages, ont été signalées comme étant nécessaires au développement et au maintien de la microglie 12,13,14,15, nous avons émis l’hypothèse qu’une combinaison de ces cytokines pourrait être appliquée directement pour générer un modèle cellulaire microglial à partir de monocytes sanguins. Enfin, nous avons réussi à développer un modèle de microglie dérivé des monocytes en combinant GM-CSF et IL-34⁵. De plus, certaines de ces combinaisons de cytokines sont également utilisées pour induire des cellules microgliales à partir de cellules iPS ^7,16 et sont supposées être un facteur important dans l’acquisition des caractéristiques microgliales.

Contrairement aux méthodes iPSC, les cellules iMG ne nécessitent aucune modification génétique et peuvent être générées en très peu de temps par simple induction chimique, ce qui permet de réduire les coûts en temps et en argent. De plus, les cellules iMG ne nécessitent pas de reprogrammation génétique, nous pensons donc que les cellules iMG sont de puissantes cellules de substitution pour évaluer non seulement les traits mais aussi les états de la microglie humaine. Dans l’article initial sur la technique iMG en 2014, nous avons confirmé que les cellules iMG présentent un phénotype de la microglie humaine, qui peut être distinct des monocytes et des macrophages. Par exemple, les cellules iMG ont présenté un rapport de surexpression du récepteur des chimiokines CX3C 1 (CX3CR1) et du récepteur des chimiokines C-C de type 2 (CCR2) par rapport aux monocytes et aux marqueurs microgliaux typiques, y compris la protéine transmembranaire 119 (TMEM 119) et le récepteur purinergique P2RY12 ^5,17. Récemment, nous avons validé que les cellules iMG dérivées du sang périphérique ressemblent à la microglie cérébrale dans leur profil d’expression génique de marqueurs microgliaux bien connus chez le même patient qui a subi une chirurgie cérébrale¹⁸. Les cellules iMG peuvent être analysées pour des fonctions dynamiques au niveau moléculaire, telles que la phagocytose et la production de cytokines, et devraient compenser les inconvénients de la recherche cérébrale post-mortem et des études TEP.

Nous avons découvert des mécanismes physiopathologiques dynamiques jusqu’alors inconnus impliquant la microglie chez des patients diagnostiqués avec la maladie de Nasu-Hakola⁵, la fibromyalgie¹⁹, le trouble bipolaire^20,21 ou la maladie de Moyamoya²². De plus, sur la base de notre méthodologie originale, divers laboratoires ont utilisé les cellules iMG (certains laboratoires ont désigné d’autres noms pour ces cellules) comme un outil de recherche translationnel inverse crucial 23,24,25,26,27. Sellgren et al. ont réussi à générer des cellules iMG conformément à nos recommandations et ont effectué une analyse de microréseau, qui a révélé que ces cellules ressemblent étroitement à la microglie du cerveau humain²³. Récemment, nous avons confirmé la ressemblance entre les cellules iMG humaines et la microglie primaire du cerveau en utilisant le séquençage de l’ARN¹⁸.

Cette étude visait à documenter la méthodologie de génération de cellules iMG à partir de sang périphérique humain afin de faciliter la recherche translationnelle inverse axée sur les maladies neuropsychiatriques. Cette technique présente le potentiel d’un outil analytique raisonnable qui peut produire sans effort des modèles de cellules microgliales en peu de temps, même dans des laboratoires mal équipés qui manquent d’appareils de transfert de gènes ou de personnel compétent.