Mise au point d'un système de libération de protéines de la morphogenèse osseuse par des cellules souches mésenchymateuses après électrotransfert du transgène BMP-2

Sustained delivery of Bone Morphogenetic Protein (BMPs) by Mesenchymal Stem Cells after BMP-2 transgene electrotransfer

• Auteur / Autrice : Elizabete Ferreira
• Direction : Hervé Petite
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie de l'os, des articulations et biomatériaux des tissus calcifiés
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ostéogenèse

Régulation de l'expression des gènes

Différenciation cellulaire

Électroporation

Thérapie génétique

Cellules souches mésenchymateuses

Résumé

La libération de Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) par cellules souches mésenchymateuses (CSMs) modifiées pour surexprimer le transgène constitue une approche prometteuse pour la réparation de défauts osseux. L'efficacité d'expression d'un transgène par des cellules dépend de l'efficacité de la méthode utilisée pour transférer le transgène et du taux d'expression du transgène qui lui dépend du promoteur contrôlant son expression. Cette thèse a eu pour but de déterminer les paramètres optimaux pour le transfert de gène dans des CSMs de rat en utilisant la technique de Pélectroporation et l'influence du promoteur contrôlant le transgène BMP-2 sur son expression. 48h après l'électrotransfert à des impulsions de 1500 V/cm (100 μs, 1 Hz) (cellules incubées à température ambiante avant electropulsation), 29% cellules surexpriment le transgène et 72% restent viables. L'électroporation n'affecte pas le potentiel de différenciation des CSMs. L'étape suivante a déterminé l'influence du promoteur contrôlant l'expression du transgène BMP-2 sur son expression par des CSMs électrotransferées. L'activité du promoteur du cytomegalovirus (CMV) a été comparée à l'activité de promoteurs cellulaires mammifères. Les taux d'expression de BMP-2 obtenus avec les promoteurs des gènes elongation factor-la, beta-actine ou glyceralphosphate dehydrogenase sont supérieurs à ceux obtenus avec le promoteur CMV. Indépendamment du promoteur contrôlait le transgène, les taux de sécrétion de BMP-2 par les CSMs sont maintenus pendant au moins 21 jours. Une expression à long terme de BMP-2 exogène peut être obtenue par électrotransfert du transgène dans des CSMs dans des conditions optimales.

Delivery of Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) by Mesenchymal Stem Cells after BMP-2 transgene transfer is currently a promising approach for bone tissue repair gene therapy. Transgene expression efficiency depends both on the transgene transfer efficiency of the delivery System used, and on the level of transgene expression which is dependent on the promoter used to drive the transgene. The objectives of this thesis were to determine the parameters for optimal transgene electrotransfer into rat MSCs and the influence of the promoter driving the BMP-2 transgene on its expression by electrotransferred MSCs. Gene electrotransfer into MSCs at 1500 V/cm (100 μs, 1 Hz, cells incubated at room temperature before electropulsation) resulted in 29% cells expressing the transgene and in 72% cell adhesion, 48h after electroporation. Electroporation did not affect the MSC potential for multi-differentiatioto. The influence of the promoter driving the BMP-2 transgene on its expression by electrotransferred MSCs was next investigated by comparing the activity of the viral cytomegalovirus (CMV) promoter to the activity of mammalian cellular promoters. Elongation factor-lo, beta-actin or glyceraldehyde phosphate dehydrogenase promoters led to higher BMP-2 expression levels compared to that driven by the CMV promoter. Independently of the promoter, BMP-2 production rates increased from days 4 to 14 and sustained protein secretion was maintained at least until day 21, providing the evidence that sustained long-term BMP-2 delivery by MSCs can be achieved after transgene electrotransfer under optimized conditions.