La technologie iPS : quatre facteurs qui changeront le monde… un jour

Il y a dix ans, un article a fait l'effet d'un coup de tonnerre dans tout un domaine de recherche, d'ailleurs en plein essor et très concurrentiel : la biologie des cellules souches. Des chercheurs de l'université de Kyoto ont démontré qu'en surexprimant simplement la bonne combinaison de facteurs, une cellule adulte différenciée pouvait acquérir la pluripotence.(1)

Les cellules souches pluripotentes (PS) ont la capacité de s'auto-renouveler à l'infini et de se différencier en une multitude de types cellulaires. Avant 2006, elles étaient isolées directement à partir d’embryons ou obtenues par reprogrammation d’ovules non fécondés à l’aide d’une méthode assez complexe et fastidieuse. Inutile de préciser qu’aucune de ces options n’est pratique, la première soulevant d’importants problèmes éthiques liés à l’utilisation d’embryons humains. De plus, travailler sur la pluripotence des cellules humaines est très exigeant, pour ne pas dire un peu pénible. Outre le fait qu’elles soient soumises à de nombreuses réglementations, les cellules PS nécessitent des soins rigoureux et continus. Alors pourquoi continuer à utiliser ces cellules ? Eh bien, si l’on dispose de cellules capables de générer différents tissus de l’organisme, cela présente non seulement un grand intérêt pour comprendre comment ces tissus se forment, mais cela offre également un aperçu fascinant de la manière dont ils se régénèrent. Et face à une population mondiale qui vieillit rapidement, la régénération et la médecine régénérative suscitent un vif intérêt.

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Ainsi, lorsque Shinya Yamanaka et ses collègues ont démontré qu’il était possible d’obtenir des cellules PS en introduisant quatre gènes dans une cellule adulte, cela a véritablement constitué une révolution. Ils ont d’abord émis l’hypothèse qu’une cellule adulte différenciée, issue de la peau dans ce cas précis, pouvait acquérir la pluripotence simplement en exprimant la bonne combinaison de facteurs de transcription. Ils sont partis de 24 facteurs pour ne retenir que quatre d’entre eux : Oct4, Sox2, Klf4 et cMyc,(2) désormais connus sous le nom d’OSKM ou de facteurs de Yamanaka. Ils ont baptisé ces cellules reprogrammées « cellules PS induites » (iPS) et, l’année suivante, ont démontré qu’ils pouvaient obtenir le même résultat à partir d’une cellule cutanée humaine.(3) Offrant une source pratiquement inépuisable de cellules souches humaines, la technologie iPS s’est rapidement répandue dans la quasi-totalité des instituts de recherche à travers le monde.

Au départ, cette technique avait été présentée comme une avancée médicale majeure susceptible de révolutionner la thérapie cellulaire. L’idée consistait à isoler chez un patient des cellules différenciées facilement accessibles, à en faire des cellules iPS, à « corriger » l’anomalie génétique à l’origine de la maladie, à les différencier en cellules présentant l’altération phénotypique (cellules sanguines, cellules rétiniennes…), puis à les réintroduire chez le patient afin de repeupler l’organe défaillant. Une dizaine d’années plus tard, cependant, un seul essai clinique est en cours, pour traiter la dégénérescence maculaire. Après une première greffe réussie, en 2014, de lamelles d’épithélium pigmentaire rétinien (EPR) obtenues par reprogrammation et différenciation des propres cellules d’un patient (4), l’essai a été suspendu un an plus tard, après la découverte d’altérations génétiques dans les cellules iPS d’un deuxième patient. Il a repris en début d’année avec un patient recevant pour la première fois des cellules reprogrammées provenant d’un donneur,(5) mais pour l’instant, les cellules iPS ont davantage révolutionné la recherche en laboratoire qu’elle n’a transformé la pratique clinique.

Bien qu'elles n'aient pas encore tenu leurs promesses sur le plan thérapeutique, les cellules iPS sont désormais couramment utilisées dans une multitude de disciplines, notamment la biologie du développement et la biologie régénérative, les neurosciences, la cardiologie, l'hépatologie, la modélisation des maladies et même la découverte de médicaments. Cette technologie a permis des avancées majeures dans l'élucidation des mécanismes pathologiques de nombreuses maladies telles que la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson.

De nombreux efforts ont été consacrés à la différenciation de cellules iPS humaines issues de donneurs sains ou de patients en types cellulaires spécialisés, notamment des hépatocytes ou des cardiomyocytes, afin d’évaluer la toxicité de nouveaux médicaments. Cela pourrait même devenir un jour la norme en matière d’évaluation de la sécurité des médicaments, grâce au nouveau paradigme proposé par l’initiative CiPA (Comprehensive in vitro Proarrhythmia Assay).(6) Cette organisation, qui regroupe des chercheurs, des agences médicales et des institutions à but non lucratif du monde entier (États-Unis, Europe, Japon, Canada, etc.) et qui s'attache à définir des règles optimisées pour tester la cardiotoxicité potentielle de nouvelles molécules, a récemment suggéré d'inclure des tests in vitro sur des cardiomyocytes dérivés de cellules iPS.(7) Mais — et malheureusement, il y a un « mais » — la plupart de ces cellules dérivées d’iPS présentent des caractéristiques immatures, ressemblant davantage à des cellules fœtales qu’à des cellules différenciées adultes, ce qui nécessite des protocoles et des techniques optimisés.

Au-delà de ces limites, il est fascinant de penser que nous ne comprenons toujours pas entièrement le processus de reprogrammation. Par exemple, nous pouvons décomposer le processus en étapes successives et valider la pluripotence des cellules reprogrammées de nombreuses façons différentes, mais nous ne savons toujours pas exactement comment cela fonctionne, comment quatre facteurs peuvent induire un changement de destin aussi radical. Compte tenu de ces questions, et d’autres encore sans réponse (le risque de tumorigénicité constitue un véritable obstacle), des avancées majeures dans le domaine de la technologie iPS sont très probablement encore à venir.

Références :

1. Takahashi, K. et Yamanaka, S. « Induction de cellules souches pluripotentes à partir de cultures de fibroblastes embryonnaires et adultes de souris par des facteurs définis ». Cell 126, 663–676 (2006).
2. Ibid.
3. Takahashi, K. et al. Induction de cellules souches pluripotentes à partir de fibroblastes humains adultes par des facteurs définis. Cell 107, 861–872 (2007).
4. Mandai, M. et al. « Cellules rétiniennes autologues dérivées de cellules souches induites pour le traitement de la dégénérescence maculaire ». N. Engl. J. Med. 376, 1038–1046 (2017).
5. Un Japonais est le premier à recevoir des cellules souches « reprogrammées » provenant d'une autre personne.
6. Gintant, G., Fermini, B., Stockbridge, N. et Strauss, D. « L'évolution du rôle des cardiomyocytes dérivés de cellules iPS humaines dans la sécurité des médicaments et la découverte de nouveaux traitements ». *Cell Stem Cell* 21, 14–17 (2017).
7. CIPA