L'interruption de la voie de signalisation TGF-β est nécessaire pour médier l'élimination efficace du carcinome hépatocellulaire par des cellules NK dérivées des cellules souches pluripotentes humaines

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Introduction

Le carcinome hépatocellulaire (Hepatocellular carcinoma, HCC) est le type le plus courant de cancer du foie primaire, avec un taux de survie à cinq ans de moins de 20%, et des options de traitement très limitées. Bien que des médicaments ciblés traditionnels, tels que le sorafénib et d’autres inhibiteurs de kinases, aient été utilisés pour le traitement du HCC, leur efficacité est limitée et il est difficile d’atteindre un traitement curatif. Ces dernières années, l’immunothérapie a suscité de l’attention dans le traitement du HCC. Cependant, les thérapies immunitaires ciblant les tumeurs solides (comme les cellules T à récepteur antigénique chimérique et les cellules tueuses naturelles) sont confrontées aux facteurs inhibiteurs du microenvironnement tumoral. Dans le microenvironnement du HCC, une forte concentration de facteur de croissance transformant β (Transforming Growth Factor Beta, TGF-β) a été démontrée comme inhibant l’activité des cellules immunitaires, gênant l’efficacité de l’immunité anti-tumorale. Par conséquent, l’inhibition du signal TGF-β pourrait être un chemin important pour augmenter l’efficacité des immunothérapies.

Cette étude, réalisée par l’équipe de Jaya Lakshmi Thangaraj à l’Université de Californie, San Diego, a été publiée dans le journal « Cell Stem Cell » le 5 septembre 2024. L’étude utilise des cellules tueuses naturelles (Naturel Killer cells, NK cells) dérivées de cellules souches pluripotentes induites humaines (iPSCs) pour une ingénierie génétique, permettant leur efficacité anti-tumorale dans des environnements riches en TGF-β dans le HCC, offrant une nouvelle perspective de recherche pour les futures thérapies à base de cellules NK contre le HCC.

Processus de recherche

Aperçu du processus expérimental

L’étude utilise des iPSCs comme source cellulaire initiale. Tout d’abord, grâce à la technologie d’édition génétique CRISPR-Cas9, le récepteur 2 de TGF-β (TGFBR2) est supprimé pour générer des cellules NK sous des formes de délétion (knockout, KO) et de négatif dominant (dominant negative, DN). Ensuite, le récepteur antigénique chimérique (Chimeric Antigen Receptor, CAR) ciblant les antigènes cibles est introduit dans les cellules NK dérivées d’iPSCs pour un ciblage spécifique. Le CAR est conçu pour cibler les antigènes communs du HCC, Glypican-3 (GPC3) et l’alpha-fœtoprotéine (AFP), augmentant ainsi sa spécificité pour le HCC. La recherche se déroule selon deux stratégies principales : premièrement, l’inhibition du signal TGF-β (TGFBR2-KO et TGFBR2-DN) ; deuxièmement, l’association avec la technologie CAR pour renforcer l’effet anti-tumoral des cellules NK.

Détails du processus expérimental

  1. Construction de la suppression de TGFBR2 et expression du récepteur négatif dominant : Grâce à l’édition CRISPR-Cas9, l’équipe de recherche a conçu un ARN guide ciblant l’exon 2 de TGFBR2 pour éditer les iPSCs, formant un monoclonal TGFBR2-KO. Le système PiggyBac a été utilisé pour introduire le gène TGFBR2 sous une forme dominante négative (TGFBR2-DN) dans les iPSCs, obtenant des cellules NK iPSC-TGFBR2-DN fonctionnelles.

  2. Différenciation et expansion des cellules iPSC-NK : Après six jours de culture de différenciation, les iPSCs éditées se sont différenciées avec succès en cellules précurseurs hématopoïétiques précoces. Après cinq semaines de culture dans des conditions appropriées, les cellules exprimaient des marqueurs typiques des cellules NK (CD45 et CD56), montrant une activité et un phénotype typiques des cellules NK, prouvant que l’édition de TGFBR2 n’affecte pas la différenciation des cellules NK.

  3. Validation fonctionnelle et test d’activité anti-tumorale : La recherche a testé l’activité anti-tumorale des cellules NK sous les formes TGFBR2-KO et TGFBR2-DN dans des conditions à haute concentration de TGF-β. Les résultats ont montré que les cellules NK modifiées pouvaient éliminer efficacement les lignées cellulaires HCC (HepG2 et SNU-449) même dans un environnement de concentration de 0 à 100 ng/ml de TGF-β. D’autre part, les cellules NK non modifiées voyaient leur efficacité anti-tumorale considérablement réduite dans des concentrations élevées de TGF-β.

  4. Activité anti-tumorale de l’expression CAR : L’introduction de CAR anti-GPC3 et AFP dans les cellules TGFBR2-KO et iPSC-NK de type sauvage (WT) a permis de vérifier l’activité cytotoxique des cellules NK spécifiques CAR contre les cellules tumorales. Bien que l’expression de CAR ait amélioré la capacité de ciblage spécifique des cellules NK, l’effet inhibiteur du TGF-β sur les cellules iPSC-NK de type sauvage a été notable, limitant l’efficacité anti-tumorale dans des conditions de haute concentration de TGF-β. En revanche, les cellules CAR-NK TGFBR2-KO ont maintenu une activité anti-tumorale élevée même dans un environnement de TGF-β, démontrant l’importance de l’inhibition du signal TGF-β pour activer l’activité anti-tumorale des cellules CAR-NK.

  5. Analyse d’expression génique et de transcriptome : Comparaison par séquençage d’ARN des cellules iPSC-NK WT, TGFBR2-KO et TGFBR2-DN, il a été constaté que les cellules NK modifiées montrent des changements significatifs dans l’expression de divers gènes liés à l’anti-tumoral (comme CD226, IFNG, GZMB, CXCR4) après l’édition de TGFBR2. Les résultats de l’analyse démontrent que, dans les cellules NK TGFBR2-KO et TGFBR2-DN, l’expression des gènes liés à l’activation et l’infiltration tumorale des cellules NK et les récepteurs de chimiokines augmentent significativement, établissant ainsi une base fonctionnelle renforcée de l’anti-tumoral.

  6. Validation par expérimentation in vivo : Dans un modèle de souris xénogreffé, différents traitements ont été appliqués aux tumeurs greffées HepG2. Il a été démontré que les cellules iPSC-NK TGFBR2-KO inhibent significativement la croissance tumorale in vivo par rapport au groupe de cellules iPSC-NK WT, et que leur effet anti-tumoral n’est pas affecté par l’expression de CAR. De plus, les cellules iPSC-NK TGFBR2-KO ont montré une meilleure persistance et un taux de survie in vivo dans les souris, corroborant l’importance de l’inhibition du signal TGF-β dans la thérapie des cellules NK.

Résultats de la recherche

  1. Suppression de TGFBR2 ou utilisation de récepteurs négatifs dominants efficace dans les cellules iPSC-NK pour prévenir l’inhibition de TGF-β : Les cellules iPSC-NK TGFBR2-KO et TGFBR2-DN maintiennent une activité anti-tumorale élevée en présence de TGF-β, ce qui montre que l’inhibition du signal TGF-β est cruciale pour la survie et l’activité anti-tumorale des cellules NK dans le microenvironnement tumoral.

  2. Ciblage spécifique du HCC en association avec l’expression CAR : Bien que les cellules CAR-NK puissent reconnaître les antigènes spécifiques du HCC, le GPC3 et l’AFP, leur efficacité anti-tumorale reste limitée en milieu TGF-β. Les cellules iPSC-NK TGFBR2-KO maintiennent néanmoins une activité anti-tumorale élevée, prouvant l’importance de l’inhibition du signal TGF-β.

  3. Changements significatifs dans le profil d’expression génique soutenant l’activité anti-tumorale améliorée : Le séquençage ARN a montré que dans les cellules iPSC-NK TGFBR2-KO et TGFBR2-DN, les gènes impliqués dans le processus anti-tumoral et l’activation des cellules NK sont significativement up-régulés, ce qui fournit une base moléculaire pour leur fonctionnalité anti-tumorale améliorée.

  4. L’expérimentation in vivo sur modèle de souris xénogreffé a vérifié l’efficacité anti-tumorale et la durabilité : Dans le modèle de souris hôte de tumeurs greffées HepG2, les cellules iPSC-NK TGFBR2-KO ont considérablement ralenti la croissance tumorale, augmentant le taux de survie in vivo des cellules NK, démontrant ainsi le grand potentiel d’application des conceptions TGFBR2-KO et DN pour les cellules NK dans les tumeurs solides.

Valeur et signification de la recherche

Cette étude offre une nouvelle perspective pour l’application des cellules NK dans un microenvironnement tumoral riche en TGF-β. Bien que la technologie CAR ait augmenté la capacité de ciblage des cellules NK sur des tumeurs spécifiques, la présence de TGF-β dans le microenvironnement du HCC demeure le principal obstacle à l’efficacité anti-tumorale. Grâce à l’édition génétique pour inhiber le signal TGF-β, l’étude a réussi à améliorer la survie et l’effet anti-tumoral des cellules NK dans un environnement riche en TGF-β, ouvrant une nouvelle voie pour les thérapies futures à base de cellules NK.

En même temps, la standardisation des iPSCs en tant que source de cellules NK offre un soutien à l’échelle et à l’édition génétique multiples de cette thérapie, illustrant son potentiel pour des thérapies cellulaires “prêtes à l’emploi”. Cette recherche jette les bases pour l’application des cellules NK dans le HCC et d’autres cancers riches en TGF-β, fournissant des preuves expérimentales importantes pour le développement ultérieur des immunothérapies.

Points forts et innovations de la recherche

  • Inhibition efficace de TGF-β : Utilisation de la suppression génique TGFBR2 ou de récepteurs négatifs dominants pour garantir l’activité anti-tumorale des cellules NK dans un environnement inhibiteur de TGF-β.
  • Standardisation de la plate-forme iPSC-NK : La génération de cellules NK à partir d’iPSCs permet une facilité d’édition génétique multiple et une production en masse.
  • Validation de l’efficacité par modèle xénogreffé : Expérimentation dans des souris pour vérifier l’effet inhibiteur de TGFBR2-KO et de l’expression de CAR sur le HCC.

Cette étude démontre le potentiel de l’inhibition du signal TGF-β pour améliorer la thérapie des cellules NK dans les tumeurs solides et propose de nouvelles stratégies d’édition génétique et des solutions de thérapie cellulaire pour les essais cliniques futurs.