L’impact du degré de différenciation des glioblastomes sur la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique

Contexte

Le glioblastome multiforme (GBM) est une tumeur cérébrale hautement invasive, dont le traitement est extrêmement difficile en raison de sa complexité biologique et de la présence de la barrière hémato-encéphalique (Blood-Brain Barrier, BBB). La BBB est une structure complexe composée de protéines de jonctions serrées (Tight Junctions, TJs) et de transporteurs de type ATP-binding cassette (ABC), qui empêchent la plupart des médicaments de pénétrer dans le cerveau. Bien que la BBB soit perturbée dans la région centrale de la tumeur GBM, elle reste intacte dans les zones adjacentes à la tumeur (Brain-Adjacent-to-Tumor, BAT), ce qui rend difficile l’acheminement des médicaments vers ces régions et entraîne des récidives tumorales.

L’hétérogénéité du GBM est l’une des principales raisons de l’échec thérapeutique. La tumeur contient à la fois des cellules hautement différenciées et des cellules souches cancéreuses (Cancer Stem Cells, CSCs), ces dernières jouant un rôle clé dans l’initiation, la progression et la récidive de la tumeur, bien qu’elles soient moins nombreuses. Les CSCs présentent une résistance multiple aux médicaments, principalement due à la surexpression de protéines de transport ABC telles que la P-glycoprotéine (Pgp). De plus, les CSCs peuvent se propager dans les tissus cérébraux adjacents, provoquant des récidives tumorales.

Bien qu’il soit connu que les cellules GBM libèrent des facteurs solubles qui affectent la perméabilité de la BBB, les mécanismes précis restent mal compris. Cette étude vise à explorer comment le degré de différenciation des cellules GBM influence la perméabilité de la BBB et à en révéler les mécanismes moléculaires sous-jacents.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Sabrina Di Giovanni, Martina Lorenzati, Olga Teresa Bianciotto et d’autres chercheurs issus de plusieurs institutions, dont l’Université de Turin (Italie) et l’Institut Cochin (France). Il a été publié en 2024 dans la revue Fluids and Barriers of the CNS sous le titre “Blood-brain barrier permeability increases with the differentiation of glioblastoma cells in vitro”.

Méthodologie et résultats

1. Conception de l’étude

Cette étude a utilisé des modèles in vitro de BBB humaine, co-cultivés avec des cellules GBM dérivées de trois patients. Les cellules GBM ont été divisées en deux types : les cellules souches/sphéroïdes (Stem Cell/Neurosphere, SC/NS) et les cellules différenciées/adherentes (Differentiated/Adherent Cell, AC). Des expériences ont également été menées avec des milieux conditionnés par les cellules GBM pour étudier l’effet des facteurs solubles sur la BBB.

2. Protocole expérimental

a) Construction du modèle de BBB

Les chercheurs ont utilisé des cellules endothéliales microvasculaires cérébrales humaines (HCMEC/D3) comme composant principal de la BBB, cultivées dans des inserts Transwell. Pour simuler une BBB plus proche de l’état physiologique, un modèle de culture triple a été développé, incluant des cellules endothéliales, des astrocytes (Human Astrocytes, HAS) et des péricytes (Human Pericytes, HPEs).

b) Co-culture des cellules GBM avec la BBB

Les cellules GBM (AC et NS) ont été co-cultivées avec le modèle de BBB pendant 72 heures. La fonction de la BBB a été évaluée en mesurant la résistance électrique transendothéliale (Transendothelial Electrical Resistance, TEER) et la perméabilité à des médicaments tels que la doxorubicine, la mitoxantrone et le dextran-70.

c) Expériences avec des milieux conditionnés

Les chercheurs ont également utilisé des milieux conditionnés par les cellules GBM, avec ajout ou suppression d’IL-6 (interleukine-6), pour vérifier le rôle de l’IL-6 dans la modulation de la perméabilité de la BBB.

d) Étude des mécanismes moléculaires

Par immunoblot et PCR quantitative en temps réel (qRT-PCR), les chercheurs ont mesuré les changements d’expression des protéines de transport ABC et des protéines de jonctions serrées dans les cellules de la BBB. De plus, des inhibiteurs de STAT3 (STA-21) et un PROTAC (SD-36) ciblant STAT3 ont été utilisés pour valider le rôle de la voie de signalisation IL-6/STAT3.

3. Résultats principaux

a) Les cellules GBM augmentent la perméabilité de la BBB

L’étude a montré que la co-culture avec les cellules GBM augmentait significativement la perméabilité de la BBB à la doxorubicine, la mitoxantrone et le dextran-70, tout en réduisant les valeurs de TEER. Ces effets étaient plus marqués dans les groupes co-cultivés avec des cellules AC, indiquant que les cellules GBM plus différenciées ont un impact plus important sur la BBB.

b) Effet des milieux conditionnés

Les milieux conditionnés par les cellules GBM ont également augmenté la perméabilité de la BBB, avec un effet plus prononcé pour les milieux conditionnés par les cellules AC. Les analyses ELISA ont révélé que les niveaux d’IL-6 étaient significativement plus élevés dans les milieux conditionnés par les cellules AC.

c) Rôle clé de l’IL-6

En ajoutant ou en supprimant l’IL-6, les chercheurs ont identifié l’IL-6 comme un facteur clé dans la modulation de la perméabilité de la BBB. L’IL-6 active la voie de signalisation STAT3, ce qui entraîne une régulation à la baisse des protéines de transport ABC et des protéines de jonctions serrées, augmentant ainsi la perméabilité de la BBB.

d) Rôle de la voie STAT3

L’utilisation de l’inhibiteur de STAT3 (STA-21) ou du PROTAC SD-36 a significativement réduit la perméabilité de la BBB et restauré l’expression des protéines de transport ABC et des jonctions serrées. Cela confirme le rôle central de l’axe IL-6/STAT3 dans la modulation de la perméabilité de la BBB.

4. Conclusion

Cette étude révèle pour la première fois l’impact du degré de différenciation des cellules GBM sur la perméabilité de la BBB. Les cellules GBM plus différenciées libèrent de l’IL-6, activant la voie STAT3 dans les cellules de la BBB, ce qui entraîne une régulation à la baisse des protéines de transport ABC et des jonctions serrées, augmentant ainsi la perméabilité de la BBB. Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour améliorer l’administration des médicaments dans le traitement du GBM, en particulier dans les zones tumorales périphériques où la BBB reste intacte.

Points forts de l’étude

1. Première démonstration de l’impact du degré de différenciation sur la perméabilité de la BBB : Cette étude est la première à établir un lien entre le degré de différenciation des cellules GBM et la perméabilité de la BBB, comblant une lacune dans ce domaine de recherche.

2. Rôle central de l’axe IL-6/STAT3 : L’étude a clarifié le mécanisme moléculaire par lequel l’IL-6 module la perméabilité de la BBB via la voie STAT3, offrant une cible potentielle pour le développement de nouveaux médicaments.

3. Construction de multiples modèles expérimentaux : En plus d’un modèle simple de BBB, un modèle de culture triple plus proche de l’état physiologique a été développé, renforçant la fiabilité des résultats.

4. Applications thérapeutiques potentielles : En ciblant l’axe IL-6/STAT3, de nouvelles stratégies thérapeutiques pourraient être développées pour améliorer l’efficacité de l’administration des médicaments dans le traitement du GBM.

Importance de l’étude

La valeur scientifique de cette étude réside dans la mise en lumière du lien entre le degré de différenciation des cellules GBM et la perméabilité de la BBB, ainsi que dans l’identification du rôle central de l’axe IL-6/STAT3 dans ce processus. Cette découverte approfondit notre compréhension du comportement biologique du GBM et ouvre de nouvelles perspectives pour améliorer son traitement. En ciblant l’axe IL-6/STAT3, il pourrait être possible de développer des stratégies d’administration de médicaments plus efficaces, améliorant ainsi les résultats thérapeutiques pour les patients atteints de GBM.

De plus, cette étude offre de nouvelles perspectives de recherche pour d’autres maladies neurologiques impliquant la BBB, telles que la maladie d’Alzheimer ou la maladie de Parkinson, avec des applications potentielles étendues.