Analyse unicellulaire révèle les altérations entre les prostates de souris âgées et jeunes

Contexte académique

La prostate est un composant essentiel du système reproducteur masculin. Avec l’âge, la prostate subit une hyperplasie, ce qui peut entraîner une compression de l’urètre, provoquant des dysfonctionnements de la miction et des symptômes associés, ainsi qu’un risque accru de cancer de la prostate. Bien que l’importance du vieillissement de la prostate soit bien établie, les mécanismes moléculaires sous-jacents ne sont pas encore entièrement compris. Le séquençage d’ARN unicellulaire (scRNA-seq) offre un outil puissant pour révéler l’hétérogénéité cellulaire et les changements d’expression génique au cours du vieillissement. Bien que de nombreuses études unicellulaires aient été menées sur la prostate, elles n’ont pas été systématiquement appliquées pour caractériser le vieillissement de la prostate chez la souris. En raison de la difficulté à obtenir des tissus prostatiques humains exempts de maladie, la souris, en tant qu’organisme modèle partageant des similitudes génétiques et physiologiques avec l’homme, offre une alternative pour étudier les mécanismes du vieillissement.

Source de l’article

Cette recherche a été réalisée par Yang Li, Yuhong Ding et leur équipe de l’Hôpital Tongji de l’Université des sciences et technologies de Huazhong, et publiée en 2024 dans la revue Biomarker Research. L’étude a utilisé la technologie de séquençage d’ARN unicellulaire pour cartographier de manière exhaustive le paysage cellulaire de la prostate de souris et explorer les changements dans les types cellulaires spécifiques au cours du vieillissement.

Processus de recherche

1. Animaux et isolement des tissus

L’étude a utilisé des souris mâles C57BL/6J âgées de 2 mois (jeunes) et de 24 mois (âgées). Les tissus prostatiques ont été isolés et divisés en lobes antérieurs (AP) et ventraux/dorsaux/latéraux (VLP).

2. Dissociation cellulaire

Les tissus prostatiques ont été disséqués et transférés dans des tubes contenant un tampon de stockage tissulaire, puis digérés enzymatiquement et filtrés pour obtenir une suspension cellulaire.

3. Préparation de la bibliothèque de séquençage d’ARN unicellulaire et séquençage

Les cellules ont été chargées sur une puce microfluidique pour générer des gouttelettes contenant des codes-barres cellulaires, suivies d’une amplification de l’ADNc et de la construction de bibliothèques, puis séquencées sur un système Illumina NovaSeq 6000.

4. Traitement des données et contrôle de qualité

Les données brutes ont été quantifiées à l’aide de Mobivision v3.0, et le logiciel Seurat a été utilisé pour le contrôle de qualité, éliminant les cellules de faible qualité et corrigeant les effets de lot avec Harmony.

5. Identification des types cellulaires et analyse de l’expression différentielle

L’algorithme UMAP a été utilisé pour le clustering non supervisé, identifiant neuf types cellulaires principaux, et l’analyse de l’expression différentielle a révélé les changements d’expression génique liés à l’âge.

6. Analyse d’enrichissement fonctionnel et communication intercellulaire

Une analyse d’enrichissement GO a été réalisée sur les gènes différentiellement exprimés, et CellChat a été utilisé pour analyser les interactions intercellulaires.

7. Western blot et coloration immunofluorescente

L’expression de certains gènes a été validée par Western blot et immunofluorescence.

Résultats principaux

1. Construction du profil transcriptomique unicellulaire

L’étude a analysé 68 214 cellules, identifiant neuf types cellulaires principaux, y compris les cellules luminales, les cellules basales, les cellules mésenchymateuses, les cellules endothéliales, les cellules endothéliales lymphatiques, les cellules myéloïdes, les cellules T, les cellules B et les cellules plasmatiques. La proportion de cellules mésenchymateuses et immunitaires a augmenté de manière significative chez les souris âgées.

2. Changements moléculaires induits par le vieillissement

L’étude a révélé que les gènes et les voies associés à la sénescence cellulaire, au stress oxydatif et à la régénération ont subi des changements significatifs dans les cellules prostatiques des souris âgées. Les cellules basales peuvent subir une transition épithéliale-mésenchymateuse (EMT) pour devenir des cellules mésenchymateuses, en particulier chez les souris âgées.

3. Classification transcriptionnelle des cellules épithéliales

Les cellules épithéliales ont été divisées en cinq sous-populations luminales, deux sous-populations basales et une sous-population proliférative. La proportion de sous-populations basales a augmenté chez les souris âgées, tandis que la proportion de cellules proliférantes a diminué.

4. Classification transcriptionnelle des cellules mésenchymateuses

Les cellules mésenchymateuses ont été divisées en six sous-populations de fibroblastes, deux sous-populations de cellules musculaires lisses et une sous-population de péricytes. Certaines sous-populations de fibroblastes ont augmenté de manière significative chez les souris âgées.

5. Transition des cellules basales en cellules mésenchymateuses via l’EMT

L’étude a révélé que les cellules basales peuvent subir une EMT pour devenir des cellules mésenchymateuses, en particulier chez les souris âgées. Ce processus pourrait jouer un rôle important dans le vieillissement et le développement de maladies de la prostate.

6. Changements dans les cellules immunitaires

La proportion de cellules myéloïdes, de cellules T/B et de cellules plasmatiques a augmenté chez les souris âgées, en particulier les macrophages et les cellules T, qui ont montré une réponse inflammatoire accrue.

Conclusion

Cette étude a utilisé le séquençage d’ARN unicellulaire pour comparer les transcriptomes des prostates de souris âgées et jeunes, révélant des changements au niveau cellulaire et moléculaire. Les résultats montrent que la proportion de cellules mésenchymateuses et immunitaires augmente de manière significative chez les souris âgées, que les cellules basales peuvent subir une EMT pour devenir des cellules mésenchymateuses, et que les cellules immunitaires montrent une réponse inflammatoire accrue. Ces découvertes fournissent de nouvelles perspectives sur les mécanismes moléculaires du vieillissement de la prostate et posent les bases pour le développement de stratégies thérapeutiques ciblant les maladies prostatiques liées à l’âge.

Points forts de l’étude

1. Résolution unicellulaire : L’étude révèle pour la première fois les changements cellulaires et moléculaires dans la prostate de souris au cours du vieillissement à l’échelle unicellulaire.
2. Mécanisme d’EMT : Les cellules basales peuvent subir une EMT pour devenir des cellules mésenchymateuses, un mécanisme qui pourrait jouer un rôle clé dans le vieillissement et le développement de maladies de la prostate.
3. Rôle des cellules immunitaires : La proportion de cellules immunitaires, en particulier les macrophages et les cellules T, augmente chez les souris âgées, suggérant un rôle important du système immunitaire dans le vieillissement de la prostate.

Valeur de l’étude

Cette étude approfondit la compréhension des mécanismes moléculaires du vieillissement de la prostate et fournit une base précieuse pour identifier des biomarqueurs potentiels et développer des stratégies thérapeutiques pour les maladies prostatiques liées à l’âge. En révélant l’hétérogénéité des types cellulaires dans le vieillissement de la prostate, l’étude ouvre de nouvelles voies pour les recherches futures et le développement de traitements.

Autres informations utiles

L’étude a également identifié des gènes régulés à la hausse ou à la baisse dans la prostate des souris âgées, tels que Ly6a et SPINK1, qui pourraient jouer un rôle important dans le vieillissement et le développement de maladies de la prostate. De plus, l’étude a mis en lumière le rôle unique des cellules mésenchymateuses dans le vieillissement de la prostate, en particulier certaines sous-populations de fibroblastes étroitement liées à la réponse immunitaire.