Cardiomyocytes dérivés de cellules souches pluripotentes induites (hIPSC) et organoid cardiaque de patients : nouveaux modèles pour le traitement de la dysfonction sinusale

Induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hIPSC) and cardiac organoid from patients: new cellular model for sinus node dysfunction treatment

• Auteur / Autrice : Nadia Mekrane
• Direction : Pietro Mesirca, Albano Meli
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IGF - Institut de Génomique Fonctionnelle
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : CARDIOPROTECTION, PHYSIOPATHOLOGIE DU RYTHME CARDIAQUE ET ISCHÉMIE

Mots clés

Mots clés libres

Cellules souches humaines pluripotentes induites

Activité pacemaker cardiaque

Dysfonction sinusale

Coeur

Sino-atrial node dysfunction

Cardiac pacemaker activity

Human-induced-pluripotent-stem cells

Heart

Résumé

La dysfonction sinusale (SND), innée ou acquise, est une forme très répandue de bradycardie. Actuellement, l'unique thérapie disponible pour corriger cette pathologie est la pose d'un pacemaker électronique à double chambre. Afin de proposer une nouvelle alternative thérapeutique pour la prise en charge de la dysfonction sinusale, il est nécessaire de développer de nouveaux outils pharmacologiques. A cet effet, la création des modèles in vitro, à partir de cardiomyocytes dérivés de patients atteints de SND acquise, constitue un outil innovant d'une importance majeure. Les cardiomyocytes dérivés de cellules souches pluripotentes induites (hiPSC-CMs), et encore d'avantage l'organoid cardiaque, représentent une approche très attractive tant sur le plan de la recherche fondamentale que sur celui du criblage pharmacologique pour l'identification de nouvelles molécules d'intérêt thérapeutique. Actuellement, la plupart des protocoles de différentiation cardiaque utilisant des hiPSC-CMs sont focalisés sur les cardiomyocytes de type ventriculaire. Rares sont les protocoles disponibles pour obtenir des cardiomyocytes pacemaker de type sinusal dérivés de patients (hiPSC-PMs). L'objectif du projet est de valider un modèle de hiPSC-PMs (2D et 3D) afin de créer un modèle de myocytes humains issus du nœud sinusal permettant d'étudier la dysfonction sinusale. L'étudiant évaluera les profils d'expression génique (niveaux transcriptionnels et post- transcriptionnel) et protéique (spectroscopie de masse) afin de caractériser le stade de maturation des hiPSC-PMs et de comparer ces profils à ceux des myocytes pacemakers natifs. En complément, nous développerons des approches de patch-clamp, de cartographie optique et d'enregistrements confocaux pour identifier le phénotype fonctionnel des hiPSC-PMs. Comme preuve de concept l'étudiant générera des hiPSC-PMs à partir de patients, atteints de SND (CHU de Montpellier), qui sont porteurs de mutations au niveau des canaux ioniques impliqués dans l'activité pacemaker. Ces nouveaux modèles, in vitro, constitueront des outils de choix dans le développement d'une stratégie de thérapie génique, à long terme (approche vectorielle), pour la prise en charge des bradycardies.

Inherited or acquired symptomatic sinus node dysfunction (SND) is a widespread form of bradycardia. Dual-chamber pacing remains the only therapy, stressing a clinical need to develop new pharmacological tools to prevent or rescue SND. In this context, the development of in vitro models of inherited SND using patient-derived cardiomyocytes would be of paramount importance. Induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs), and even more the cardiac organoid, constitute an attractive approach for both basic research and pharmacologic screening of new molecules of clinical interest. The majority of the cardiac differentiation protocols using hiPSC have been focused on ventricular-like cardiomyocytes. However, rare protocols are available to obtain patient-derived sinoatrial-like pacemaker mocytes (hiPSC-PMs). The thesis project aims to validate differentiated hiPSC-PMs (2D/3D) to obtain a model of native sinus node myocytes to study SND. The PhD student will evaluate gene (transcriptomic and post-transcriptomic levels) and protein expression profiles (via mass spectrometry- based label-free quantitative proteomics) to provide relevant information on maturation stage of hiPSC-PMs compared to native pacemaker myocytes. Moreover, patch-clamp, optical mapping and confocal recording experiments will be performed to assess the functional phenotype of the hiPSC-PMs. As proof of concept the PhD student will generate hiPSC-PMs from patients with history of SND (CHU of Montpellier) carrying different mutations in ion channels underlying pacemaking. These in vitro models of SND will be used for testing long-term vector-based gene therapeutic strategy to handle bradycardias.