La greffe de cellules souches hématopoïétiques (CSH) soigne les maladies du sang, mais les donneurs manquent et l'âge du donneur dégrade le résultat. Avec l'âge, les CSH perdent leur capacité de reconstitution, déplacent l'équilibre vers les cellules myéloïdes et accumulent des modifications épigénétiques. La reprogrammation de cellules somatiques en cellules souches pluripotentes induites (iPSC) remet l'âge épigénétique presque à zéro et allonge les télomères. On ignorait toutefois si l'on pouvait obtenir à partir d'iPSC des CSH qui acquerraient une identité complète de cellules souches sanguines adultes tout en conservant des traits moléculaires jeunes après transplantation.
Les chercheurs ont pris six lignées d'iPSC issues de donneurs de 18 à 60 ans, obtenues à partir de différentes cellules somatiques (mononucléaires du sang périphérique, fibroblastes, cellules souches mésenchymateuses). Ils les ont différenciées en CSH selon un protocole utilisant des corps embryoïdes en rotation et des cytokines. Les cellules obtenues ont été greffées à des souris immunodéficientes NBSGW, qui soutiennent la prise de greffe de CSH humaines sans irradiation. Au bout de 20 semaines, ils ont évalué la prise de greffe, la composition sanguine, les profils de méthylation de l'ADN, le transcriptome unicellulaire et la longueur des télomères. Ensuite, une partie de la moelle osseuse des receveurs primaires a été greffée à des souris secondaires et les analyses ont été répétées 20 semaines plus tard.
L'âge épigénétique des iPSC, déterminé par les horloges de Horvath, était proche de zéro et est resté bas après différenciation en CSH (0,55 an). Après la transplantation primaire, l'âge des cellules humaines dans la moelle osseuse des souris était en moyenne de 1,68 an, et après la transplantation secondaire de 5,28 ans, ce qui correspond à une vitesse de vieillissement de 2,17 et 7,83 jours par jour in vivo respectivement. À titre de comparaison, les cellules de sang de cordon vieillissaient à une vitesse de 1,37 jour par jour. Par ailleurs, la méthylation des promoteurs évoluait en deux phases : d'abord, lors de la différenciation in vitro, les gènes de pluripotence se taisaient et les régulateurs hématopoïétiques s'activaient, puis après transplantation survenait une seconde vague de changements qui rapprochait les cellules des CSH primaires adultes. Les sites CpG associés à l'âge et l'entropie de méthylation restaient stables à toutes les étapes. La longueur des télomères dans les CSH issues d'iPSC était nettement supérieure à celle des CSH primaires adultes (médiane de 11 469 contre 8 435 paires de bases), et la proportion de télomères critiques courts (<3 milliers de paires de bases) était de 1,33 % contre 10,59 %.
Ce travail montre que le vieillissement épigénétique et l'acquisition de l'identité des CSH peuvent être dissociés : les cellules passent par une maturation fonctionnelle tout en conservant un épigénome jeune et de longs télomères. Cela change l'idée selon laquelle la maturité s'accompagne inévitablement du vieillissement et ouvre la voie à des greffons dotés des fonctions de cellules adultes et d'une réserve de jeunesse. Contrairement au travail voisin sur le vieillissement cellulaire, qui étudiait les changements de méthylation dans des cellules isolées, on montre ici la stabilité de l'état jeune dans une population entière de cellules souches soumise à un stress prolifératif.
Les recherches à venir pourront vérifier si la jeunesse se maintient dans des expériences plus longues et dans d'autres modèles animaux, y compris des niches humanisées. Il sera important de déterminer si la ressemblance avec les CSH primaires reflète une maturation des cellules ou une sélection de rares clones. Le profilage de la méthylation à l'échelle unicellulaire et le suivi des clones aideront à distinguer ces processus. Si les traits jeunes se conservent, on pourra créer des CSH donneuses universelles pour traiter les maladies du sang liées à l'âge.
Les résultats sont importants pour la médecine régénérative, la transplantation et la gérontologie. Ils fournissent une base pour développer des produits cellulaires qui allient la fonctionnalité des CSH adultes à une jeunesse épigénétique.
Les prochaines étapes comprennent le profilage de cellules souches individuelles, le suivi des clones après transplantation et des tests dans des modèles avec une niche osseuse humaine. Il faudra aussi évaluer comment les traits épigénétiques jeunes influencent la fonction à long terme et la prédisposition à l'hématopoïèse clonale.
Ce travail est directement lié à un problème non résolu de la médecine régénérative : comment obtenir des cellules souches fonctionnelles qui ne portent pas la charge de l'âge du donneur. Il touche aussi à la question de savoir quels changements épigénétiques sont cause et lesquels sont conséquence du vieillissement des cellules souches. Il montre que la méthylation associée à l'âge peut être maintenue à un faible niveau même sous prolifération intense, ce qui remet en question l'inévitabilité de l'accumulation d'erreurs épigénétiques.
Les horloges épigénétiques de Horvath utilisées dans ce travail ont été calibrées sur des milliers d'échantillons de tissus humains et peuvent prédire l'âge à quelques années près. Ici, elles ont montré que des cellules passées par la reprogrammation et deux greffes restent plus jeunes que sept ans, alors que leur âge « réel », en tenant compte du donneur et du temps de culture, pourrait dépasser 60 ans.
Non publié sur arXiv. Voici sa page, le PDF et la formalisation : vous pouvez vérifier vous-même, pas seulement lire notre analyse.