Hépatocytes matures dérivés de cellules souches in vitro : améliorer la différenciation des cellules souches pluripotentes induites humaines en copiant l’organogénèse hépatique

Abstract

Contexte : Il y a une grande variation de potentiel de différenciation parmi les populations de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSCs). Il a été démontré que la qualité des hépatocytes dérivés des iPSCs dépend de la qualité de l’endoderme définitif (ED). Ce qui cause une telle variation & détermine la susceptibilité d’une population à se différencier vers l’endoderme est jusqu’à présent méconnu. But : Définir le rôle de l’état de pluripotence dans la détermination du potentiel de différenciation des iPSCs vers l’endoderme Méthodes : Trois populations d’hiPSCs, ont démontré avoir un bon (P01), un intermédiaire (P02), et un mauvais (P03) potentiel à se différencier en hépatocytes. Ces 3 populations ont été rigoureusement étudiées d’un point de vue pluripotence et comparées au cours de la différenciation en ED pendant 5 jours. Résultats : L’expression des marqueurs de pluripotence était comparable aux cellules souches embryonnaires pour les 3 populations, avec P03 ayant démontré une plus faible expression de NANOG, marqueur de pluripotence. Pendant la différenciation, les facteurs de transcription impliqués dans l’induction du ED ont été exprimés plus tardivement pour P03 que pour P01 ou P02, avec une plus faible expression de SOX17 et CXCR4 au jour 5. La population P03 semble être plus « naïve » comparativement aux populations P01 et P02 : Les cellules P03 ont une prolifération 3 fois plus élevée, ainsi qu’une hypométhylation globale de l’ADN (29,2% pour LINE-1 pour P03 vs. 62,9% et 66,6% pour P02 et P01, respectivement), une plus faible expression de OTX2 (associé au statut de pluripotence « amorcé ») et une plus forte expression de YAP1 (marqueur de pluripotence « naïve »). Conclusion : Un statut de pluripotence plus « naïf » a été corrélé avec une expression retardée de facteurs de transcription menant à l’ED, ce qui cause une différenciation incomplète et donc une plus faible maturation des hépatocytes. À l’inverse, les populations « amorcées » sont capables de se différencier plus efficacement en ED, et donc en hépatocytes. Ceci suggère qu’adapter le protocole de différenciation en tenant compte du statut de pluripotence pourrait permettre la génération d’ED de haute qualité. Ceci pourrait en effet avoir avec une répercussion importante pour l’utilisation des iPSCs dérivées de patients pour la médecine régénérative.

Background: There is a high variation in terms of differentiation potential among human induced pluripotent stem cells (iPSCs) populations. It has been shown that the quality of iPSC-derived hepatocytes depends on the quality of the iPSC-derived endoderm (DE). What causes such variability and what determines a population’s susceptibility to DE differentiation is currently unknown. Aim: Defining the role of the pluripotency state to determine the potential of iPSCs’ to differentiate to DE. Methods: Three previously-characterized human iPSC populations having shown a good (P01), intermediate (P02) and bad (P03) potential to differentiate into hepatocytes were thoroughly assessed for their pluripotency and compared upon 5-days differentiation to DE. Results: The expression of pluripotency markers was comparable to embryonic stem cells for the 3 populations, with P03 showing lower NANOG expression, a pluripotency marker. Upon differentiation, transcription factors involved in DE induction were expressed later in P03 than in P01 or P02, with lower SOX17 and CXCR4 expression at day 5. Also, P03 showed a doubling level that was 3-times greater, global DNA hypomethylation as well as lower OTX2 and YAP1 expressions. OTX2 (associated with “primed” state) and YAP1 (marker of more “naïve” populations) expression levels were good, easy-to-measure predictors of the state of pluripotency. The P02 population was an intermediate between P01 and P03. Conclusions: A more naïve state of pluripotency was correlated with delayed expression of transcription factors leading to DE differentiation, with consequent incomplete differentiation and lower maturation of the resulting hepatocytes. On the contrary, more “primed” populations differentiated more effectively to DE and, consequently, to hepatocytes. This suggests that adapting the differentiation protocol to account for the state of pluripotency might allow generating high-quality DE (and all derived somatic cells) from “difficult” IPSC populations, with important repercussion for the future use of patient-derived iPSCs for regenerative medicine.