Modèle de sphéroïde cardiaque ingénierisé basé sur les iPSC révèle le rôle de la testostérone dans la fibrose de la cardiomyopathie ventriculaire droite arythmogène

Contexte académique

La cardiomyopathie ventriculaire droite arythmogène (Arrhythmogenic Right Ventricular Cardiomyopathy, ARVC) est une cardiomyopathie héréditaire caractérisée principalement par le remplacement du tissu myocardique par du tissu adipeux et fibreux, entraînant des arythmies, des fibrillations ventriculaires et même une mort subite. L’incidence de l’ARVC varie entre 1:2000 et 1:5000, et les patients masculins sont plus susceptibles de développer la maladie que les femmes, avec une gravité accrue. Des études suggèrent que la testostérone pourrait jouer un rôle important dans le processus pathologique de l’ARVC, mais ses mécanismes précis restent flous. En particulier, il manque des preuves directes indiquant si la testostérone aggrave la progression de l’ARVC en favorisant la fibrose myocardique.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont utilisé des cellules souches pluripotentes induites (iPSC) spécifiques aux patients, différenciées en cardiomyocytes et en fibroblastes cardiaques, pour construire un modèle de sphéroïde cardiaque tridimensionnel (3D) afin de simuler le processus pathologique de l’ARVC et d’explorer le rôle de la testostérone. Cette étude fournit non seulement de nouvelles perspectives sur les mécanismes pathologiques de l’ARVC, mais offre également une plateforme expérimentale potentielle pour le criblage de médicaments et les traitements personnalisés.

Source de l’article

Cette recherche a été menée par une équipe scientifique issue de plusieurs institutions, dont le premier hôpital affilié de l’Université médicale de Nanjing, l’Université du Sud-Est et l’Université médicale de Fujian. Les auteurs principaux incluent Hongyi Cheng, Xinrui Wang et Sichong Qian. L’article a été publié en ligne le 7 janvier 2025 dans la revue Bio-design and Manufacturing, sous le titre Deep phenotyping of testosterone-prompted fibrosis in arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy using iPSC-derived engineered cardiac spheroids.

Déroulement et résultats de la recherche

1. Analyse des données cliniques et sélection des caractéristiques

L’étude a d’abord analysé rétrospectivement les données cliniques de 60 patients atteints d’ARVC, dont 19 ont subi une cartographie électrophysiologique tridimensionnelle. En utilisant un algorithme de sélection de caractéristiques (Maximal Information Coefficient, MIC), les chercheurs ont découvert que les différences de sexe étaient un facteur important influençant la distribution des zones de bas voltage (Low-Voltage Area, LVA). Les patients masculins présentaient des zones LVA plus étendues, suggérant un lien possible entre la testostérone et la fibrose myocardique.

2. Différenciation des iPSC et construction du modèle de sphéroïde cardiaque

L’équipe de recherche a extrait des iPSC de deux patients atteints d’ARVC portant différentes mutations génétiques (PKP2 c.336+1G>A et DSG2 1592T>G), puis les a différenciées en cardiomyocytes ventriculaires (Ventricular Cardiomyocytes, VCMs) et en fibroblastes cardiaques (iPSC-derived Cardiac Fibroblasts, iCFBs). En combinant du collagène de type I et une matrice de Geltrex, les chercheurs ont construit un modèle de sphéroïde cardiaque 3D. Ce modèle a réussi à simuler les caractéristiques pathologiques de l’ARVC, y compris l’apoptose des cardiomyocytes, une adipogenèse anormale et des dysfonctionnements de la gestion du calcium.

3. Analyse fonctionnelle des sphéroïdes cardiaques

Les chercheurs ont analysé en détail la fonction contractile, les transitoires calciques et le degré de fibrose des sphéroïdes cardiaques. Les résultats ont montré que les sphéroïdes portant les mutations PKP2 et DSG2 présentaient une fréquence de contraction spontanée plus élevée et un mode de contraction irrégulier. De plus, après traitement à la dihydrotestostérone (DHT), l’expression du marqueur de fibrose, l’actine alpha lisse (α-SMA), a augmenté de manière significative dans les sphéroïdes mutés, indiquant que la DHT exacerbait le processus de fibrose.

4. Mutations génétiques et dommages à l’ADN

Grâce au séquençage de Sanger et à la coloration immunofluorescente, les chercheurs ont découvert que la mutation intronique du gène PKP2 entraînait un épissage anormal de l’exon 2, affectant ainsi l’expression des protéines de jonction intercellulaire. De plus, le traitement à la DHT a aggravé les dommages à l’ADN et les niveaux d’espèces réactives de l’oxygène (Reactive Oxygen Species, ROS) dans les cardiomyocytes mutés, suggérant que la testostérone favorise la fibrose via la voie des ROS.

5. Expériences de co-culture et exploration des mécanismes

Dans les expériences de co-culture, les chercheurs ont observé que les ROS libérées par les cardiomyocytes mutés activaient les fibroblastes co-cultivés, les transformant en myofibroblastes, ce qui exacerbait la fibrose. Le traitement à la DHT a encore renforcé cet effet, indiquant que la testostérone agit comme un “déclencheur” dans le processus de fibrose de l’ARVC.

Conclusion et signification

Cette étude fournit la première preuve directe in vitro du rôle pro-fibrotique de la testostérone dans l’ARVC et révèle son mécanisme moléculaire d’aggravation des dommages à l’ADN et de la fibrose via la voie des ROS. De plus, le modèle de sphéroïde cardiaque 3D construit dans cette étude offre un outil puissant pour l’étude de la pathologie de l’ARVC et le criblage de nouveaux médicaments. Ces résultats approfondissent non seulement la compréhension des mécanismes pathologiques de l’ARVC, mais ouvrent également la voie à des traitements personnalisés potentiels.

Points forts de la recherche

1. Modèle innovant : Utilisation de cardiomyocytes et de fibroblastes cardiaques différenciés à partir d’iPSC pour construire un modèle de sphéroïde cardiaque 3D, simulant avec succès les caractéristiques pathologiques de l’ARVC.
2. Révélation des mécanismes : Première démonstration que la testostérone exacerbe la fibrose de l’ARVC via la voie des ROS.
3. Signification clinique : Fournit une nouvelle plateforme expérimentale pour les traitements personnalisés et le criblage de médicaments dans l’ARVC.

Autres informations utiles

L’étude a également révélé que les ROS libérées par les cardiomyocytes mutés activent les fibroblastes, suggérant que la communication intercellulaire joue un rôle important dans le processus de fibrose de l’ARVC. Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour les stratégies thérapeutiques, comme l’inhibition de la production de ROS pour ralentir la progression de la fibrose.

Cette recherche apporte non seulement de nouvelles perspectives sur les mécanismes pathologiques de l’ARVC, mais jette également les bases pour les futurs traitements cliniques et le développement de médicaments.