Identification et fonction de nouveaux régulateurs de la différenciation des cellules bêta pancréatiques

Identification and function of new regulators of pancreatic beta cell differentiation

• Auteur / Autrice : Reuben Mercier
• Direction : Valérie Schreiber, Gérard Gradwohl
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaire et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 27/03/2024
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Michaël Weber
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raphaël Scharfmann
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Grapin-Botton, Miriam Cnop

Mots clés

Mots clés contrôlés

Différenciation cellulaire

Régulation génétique

Cellules bêta

Diabète insulinodépendant

Mots clés libres

Cellules bêta pancréatiques

NEUROG3

TOX

TOX3

ScRNA-seq

Différenciation

Diabète

Pancreatic beta cells

NEUROG3

TOX

TOX3

ScRNA-seq

Differentiation

Diabetes

Résumé

La différenciation in vitro des cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC) en cellules bêta productrices d'insuline (SC-Beta) offre de grandes promesses pour le développement d'une thérapie de remplacement cellulaire contre le diabète de type 1, une pathologie résultant d'une attaque auto-immune contre les cellules bêta, entraînant une déficience en insuline et donc une incapacité à réguler la glycémie. Ces protocoles ont été optimisés au fil des ans mais produisent encore des cellules SC-Beta immatures, à la production suboptimale d'insuline en réponse au glucose. Ce frein est principalement dû à une connaissance incomplète des mécanismes de régulation génique régissant la différenciation du progéniteur endocrine pancréatique (PEP) exprimant NEUROG3, le gène maître de l'engagement endocrine, en une cellule bêta mature. J'ai contribué à étudier les cibles directes de NEUROG3 dans les PEP dérivées d’hiPSC, parmi lesquelles figuraient TOX et TOX3, précédemment inconnus dans la fonction pancréatique. J'ai démontré leur expression dans la lignée endocrine pancréatique chez l'homme pendant le développement (cellules dérivées d’hiPSC) et chez l'adulte (ligne cellulaire bêta humaine EndoC-βH1), mais aussi chez la souris. J'ai étudié leur fonction en utilisant des lignées knock-out d’hiPSC et en réalisant des knock-down dans des cellules EndoC-βH1, révélant l'implication de TOX dans la régulation des gènes nécessaires à la différenciation des cellules bêta, les hiPSC TOX-/- générant un nombre réduit de cellules SC-Bêta, ainsi qu'une régulation à la baisse de l'insuline et des gènes impliqués dans sa sécrétion. Des résultats encore préliminaires concernant TOX3 ont montré son implication potentielle dans l'engagement vers le lignage bêta, bien qu'il semble également impliqué dans la régulation de l'expression de l'insuline et des gènes impliqués dans sa sécrétion dans les cellules EndoC-βH1 knock-down. Dans l'ensemble, cela a permis de nous éclairer sur de nouveaux régulateurs de la différenciation et de la fonction des cellules bêta humaines.

In vitro differentiation of human induced pluripotent stem-cells (hiPSC) into insulin producing beta (SC-Beta) cells offer great promises for the development of cell replacement therapy against type 1 diabetes, a pathology resulting from autoimmune attack on beta cells, causing insulin deficiency, and thus an incapacity to regulate blood glucose levels. These protocols have been optimized over the years but still produce not fully mature SC-Beta cells, harboring a suboptimal insulin production in response to glucose. This hindrance is mostly due to an incomplete knowledge of the gene regulatory mechanisms regulating the differentiation of the pancreatic endocrine progenitor (PEP) expressing NEUROG3, the master gene of endocrine commitment, into a mature beta cell. I contributed to studying direct targets of NEUROG3 in hiPSC-derived PEPs, among which were TOX and TOX3, previously unknown in pancreatic function. I demonstrated their expression in the pancreatic endocrine lineage in human during development (hiPSC-derived cells) and in adults (EndoC-βH1 human beta cell line), but also in mice. I studied their function using knock-out hiPSC lines and knocked-down EndoC-βH1 cells, revealing the involvement of TOX in the regulation of genes required for beta cell differentiation, with TOX-/- hiPSC generating a reduced number of SC-Beta cells, as well as a downregulation of insulin and genes involved in its secretion. More preliminary results showed a potential involvement of TOX3 in the commitment to a beta lineage, although it appeared involved in the regulation of insulin expression, and of genes involved in insulin secretion in knocked-down EndoC-βH1 cells. Together, this shed light on new regulators of the human beta cell differentiation and function.