Spécification des cellules stéroïdogènes surrénaliennes in vitro et in vivo

Specification of adrenal steroidogenic cells in vitro and in vivo

• Auteur / Autrice : Melina Tedesco
• Direction : Andreas Schedl
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Interactions Moléculaires et Cellulaires
• Date : Inscription en doctorat le 01/01/2022
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie Valrose (Nice)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Molecular programs controlling development and tissue homeostasis

Mots clés

Mots clés libres

Ipsc

Organoïdes

Differenciation cellulaire

Glandes surrénales

IPSCs

Organoids

Cell differentiation

Adrenal glands

Résumé

Le cortex surrénalien est un rhéostat central du corps humain qui produit une série d'hormones stéroïdes pour réguler les fonctions cardiovasculaires, l'homéostasie sanguine et les réponses de l'organisme au stress et aux infections. Les maladies rares de la glande surrénale, comme l'hyperplasie congénitale des surrénales, dans lesquelles la production de stéroïdes est altérée, ont des conséquences dévastatrices pour le patient. Les carences en stéroïdes sont actuellement traitées par une supplémentation hormonale à vie, mais il est presque impossible d'administrer la quantité correcte d'hormones au patient, car les concentrations circulantes changent en fonction du rythme circadien et dépendent de mécanismes de rétroaction internes. En conséquence, les patients traités souffrent d'effets secondaires graves et d'une mortalité accrue. Les cellules souches pluripotentes induites (IPSC) ont la capacité de se développer en n'importe quel type de cellule du corps humain et pourraient, en principe, être différenciées en cellules corticosurrénales pour les thérapies de remplacement cellulaire. Malheureusement, aucun protocole de différenciation d'IPSC en cellules stéroïdogènes de la glande surrénale n'a encore été rapporté. Nous proposons ici de combler cette lacune. Sur la base de données préliminaires solides, nous avons défini quatre objectifs majeurs : 1) En utilisant le séquençage de cellules uniques à des étapes clés du développement de la glande surrénale et chez la souris adulte, nous avons généré un atlas complet des événements moléculaires qui se produisent pendant la formation et l'homéostasie tissulaire de cet organe. Nous utiliserons ici une analyse bioinformatique de pointe pour identifier les lignées et les voies moléculaires régissant la différenciation des cellules progénitrices en cellules corticosurrénales. Les connaissances issues de cette analyse in silico seront précieuses pour comprendre les événements cruciaux de ce programme de différenciation et identifier les voies qui peuvent être manipulées pour des approches in vitro et in vivo. 2) Nous avons récemment établi un protocole qui permet la différenciation des cellules ES de souris en cellules exprimant les marqueurs stéroïdogéniques clés des cellules corticosurrénales. Nous utiliserons ici des cultures 2D et 3D pour davantage améliorer l'efficacité de ce protocole, identifier la signature moléculaire des cellules différenciées et déterminer leur fonction de sécrétion hormonale. 3) Nous adapterons le protocole aux cellules souches pluripotentes humaines induites, nous testerons sa robustesse pour la différenciation de diverses lignées IPSC provenant de différents patients et nous caractériserons les sphéroïdes/organoïdes obtenus pour leur profil moléculaire et leur architecture cellulaire. 4) Nous réaliserons des expériences de transplantation de cellules surrénales différenciées in vitro chez des souris et évaluerons leur survie à long terme et leur production d'hormones in vivo. Enfin, nous vérifierons si ces cellules peuvent remplacer la production de stéroïdes chez les souris dépourvues de fonction surrénalienne. Dans l'ensemble, ce projet permettra de mieux comprendre les événements moléculaires à l'origine de la formation des cellules stéroïdogènes surrénaliennes et de définir des protocoles pour la différenciation des cellules souches pluripotentes en cellules corticosurrénaliennes in vitro. Le système développé représentera un outil précieux pour la stratification des patients, le développement de médicaments et pourrait ouvrir la voie à des stratégies de remplacement cellulaire pour les maladies rares affectant la glande surrénale chez les patients humains.

The adrenal cortex is a central rheostat of the human body that produces a range of different steroid hormones to regulate cardiovascular functions, blood homeostasis and the body's responses to stress and infections. Rare diseases of the adrenal gland such as congenital adrenal hyperplasia, in which steroid production is impaired have devastating consequences for the patient. Steroid deficiencies are currently treated by lifelong supplementation of hormones, but delivering the correct amount of hormones to the patient is almost impossible, as circulating concentrations change according to the circadian rhythm and depend on internal feed-back mechanisms. As a consequence, treated patients suffer from severe side effects and increased mortality. Induced pluripotent stem cells (IPSCs) have the capacity to develop into any cell type of the human body and could, in principle, be differentiated into adrenocortical cells for cell replacement therapies. Unfortunately protocols for the differentiation of IPSCs into steroidogenic cells of the adrenal gland have not yet been reported. Here we propose to address this shortcoming. Based on solid preliminary data including single-cell sequencing at key stages during adrenal development and in adult mice, we have recently established a protocol that allows differentiation of mouse ES cells into cells expressing key steroidogenic markers of adrenocortical cells. The purpose of the present project is to adapt the protocol to human induced pluripotent stem cells, test its robustness for the differentiation of various IPSC lines from different patients and characterize the obtained spheroids/organoids for their molecular profile and cellular architecture. In vitro differentiated adrenal cells will be transplantated into mice to evaluate their long term survival and hormone production in vivo. Finally, we will test whether these cells can replace steroid production in mice lacking adrenal function. Taken together this project will lead to defined protocols for the differentiation of pluripotent stem cells into adrenocortical cells in vitro. The developed system will represent an invaluable tool for patient stratification, in vitro drug development and may pave the way for cell replacement strategies for rare diseases affecting the adrenal gland in human patients.