Utilisation de technologies d'édition du génome afin de générer des cardiomyocytes ventriculaires matures à partir de cellules souches pluripotentes humaines induites

par Ahmed Khedher

Projet de thèse en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Carine Giovannangeli.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Cancérologie, Biologie, Médecine, Santé (Villejuif, Val-de-Marne) , en partenariat avec Structure et instabilité des génomes (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 08-02-2016 .


  • Résumé

    La capacité à différencier les cellules souches pluripotentes humaines (hPSC) d'une manière contrôlée a considérablement progressé. Les stratégies les plus reproductibles et efficaces impliquent l'activation et l'inhibition des voies de signalisation différentes dans des conditions de cultures prédéfinies, récapitulant les étapes clés du développement cardiaque chez l'embryon. Il est reconnu unanimement que le processus de différenciation cardiaque est très délicat, et la variabilité de chaque composant individuel de la stratégie de différenciation cardiaque doit être soigneusement optimisée pour produire de manière fiable des cardiomyocytes matures. Malgré les progrès effectués ces dernières années, des améliorations qualitatives et quantitatives sont nécessaires pour le développement des cardiomyocytes dérivés de cellules souches pluripotentes induites (iPS). En outre, les méthodes communes de différenciation créent un mélange de cellules de types atriales, ventriculaires et nodales que l'on peut caractériser par le biais d'analyses électrophysiologiques des potentiels d'action. Beaucoup de ces limitations pourraient être résolues en utilisant les technologies d'édition du génome afin de faciliter, forcer ou diriger la différenciation cardiaque. En effet, l'établissement de lignées iPS exprimant des gènes rapporteurs et des protéines fluorescentes sensibles au calcium serait utile respectivement pour, sélectionner et d'identifier des populations spécifiques de cardiomyocytes ainsi que surveiller leurs activités fonctionnelles. L'objectif principal du projet de thèse est d'utiliser le potentiel des cardiomyocytes dérivés de cellules iPS pour la modélisation de maladies cardiaques et l'essai de médicaments en utilisant des stratégies d'édition du génome. Cela impliquera l'utilisation de nouvelles méthodes d'édition du génome afin de générer des cellules sélectionnées et facilement reconnaissables (en utilisant notamment des cassettes de sélection) et de plus, cela visera à étudier les processus impliqués dans la maturation des cardiomyocytes (en testant l'effet de la surexpression de gènes candidats ainsi que le crible de nouveaux gènes de maturation). A cet effet, l'étudiant devra mettre en place et optimiser les stratégies d'édition du génome dans les cellules iPS au sein du laboratoire « Structure et Instabilité des Génomes » et étudier la différenciation des cellules cardiaques en étroite collaboration avec la plate-forme de culture cellulaire de Sanofi.

  • Titre traduit

    Genome editing to generate efficiently mature human induced pluripotent stem cell-derived ventricular cardiomyocytes


  • Résumé

    The ability to differentiate human pluripotent stem cells (hPSCs) in a directed manner has considerably progressed. The most reproducible and efficient strategies involve stages-pecific activation and inhibition of different signaling pathways in defined culture conditions, recapitulating key steps in cardiac development in the early embryo. There is consensus that the cardiac differentiation process is very delicate, and the variability in each individual component of the cardiac differentiation strategy must be carefully optimized to reliably produce cardiomyocytes with mature phenotypes. Despite the advances of the last few years, both qualitative and quantitative improvements of the derived cardiomyocytes are necessary. Furthermore, common hPSC differentiation methodologies create a mixture of atrial-, ventricular-, and nodal-like cell types as determined by electrophysiological analysis of action potentials. However, an enriched population of ventricular-like cells is suitable for the studies of dilated and hypertrophic cardiomyopathies, for example. Many of these limitations could be addressed using genome editing to facilitate, force or direct the cardiac differentiation. For example, establishment of iPSC lines expressing reporter genes and calcium sensitive fluorescent proteins will be useful to select and to identify specific population of cardiomyocytes, and to monitor functional cell activity, respectively. The project main aim is to establish the potential of iPSCs-derived cardiomyocytes fordisease modeling and drug testing using novel genome editing strategies. This will involve the use of novel genome editing methods to generate selected and easily recognizable cells (using selection cassettes and cardiomyocyte reporter expressing cells) and addressing how we can generate more mature cardiomyocytes (testing the benefit of overexpression of candidate genes as well as screening for novel maturation genes). For this purpose, the PhD student will set up and optimize genome editing strategies in iPSC cells at the MNHN lab andstudy cardiac cell differentiation in close collaboration with the Sanofi iPSC platform.