Exploration des impacts de la sénescence sur l’implantation et le développement embryonnaire précoce à l’aide de blastoïdes dérivés de cellules totipotentes

Contexte académique

Avec le report de l’âge de procréation des femmes dans la société moderne, les problèmes de fertilité des femmes âgées (Advanced Maternal Age, AMA) deviennent de plus en plus préoccupants. Des études montrent que le taux d’implantation et de grossesse des embryons des femmes âgées diminue significativement, mais les mécanismes sous-jacents restent mal compris. L’implantation est un processus clé pour la survie et le développement de l’embryon, impliquant une interaction complexe entre l’embryon et l’endomètre. Cependant, en raison du manque de modèles de recherche appropriés et des limites éthiques, la compréhension de ce processus par les scientifiques reste limitée. Le modèle murin, en raison de ses similitudes avec les profils d’expression génique humaine et les voies de régulation de l’implantation, est devenu un outil important pour l’étude de l’implantation humaine. Ces dernières années, les scientifiques ont développé des modèles de blastoïdes, qui ressemblent aux blastocystes naturels en termes de morphologie, de lignage cellulaire et de caractéristiques transcriptomiques, offrant ainsi une nouvelle perspective pour l’étude du développement embryonnaire précoce et de l’implantation.

Cependant, les modèles de blastoïdes existants présentent des limitations en termes d’efficacité de construction, de localisation des lignages cellulaires et de potentiel de développement, ne permettant pas de simuler complètement le processus de développement des blastocystes naturels. Par conséquent, le développement d’un modèle de blastoïde avec un potentiel de développement plus fort est essentiel pour une simulation précise du développement embryonnaire précoce et du processus d’implantation. Cette étude vise à explorer l’impact du vieillissement sur la capacité d’implantation en utilisant un modèle de blastoïde dérivé de cellules totipotentes (totipotent blastomere-like cells, TBLCs), et à révéler les mécanismes moléculaires potentiels derrière l’échec de l’implantation des embryons de femmes âgées.

Origine de l’article

Cet article a été co-écrit par Yuxin Luo, Chenrui An, Ke Zhong et d’autres chercheurs issus de plusieurs institutions, dont le troisième hôpital de l’université de Pékin et le troisième hôpital affilié de l’université de médecine de Guangzhou. L’article a été publié en ligne le 24 février 2024 dans le Journal of Advanced Research, sous le titre Exploring the impacts of senescence on implantation and early embryonic development using totipotent cell-derived blastoids. Cette recherche a été soutenue par le programme national clé de recherche et développement de Chine et la fondation nationale des sciences naturelles de Chine.

Processus de recherche

1. Induction et identification des TBLCs

Les chercheurs ont d’abord induit des cellules totipotentes (TBLCs) à partir de cellules souches pluripotentes murines (mouse pluripotent stem cells, mPSCs) en inhibant le spliceosome. Ces TBLCs présentent des caractéristiques transcriptomiques similaires aux cellules embryonnaires au stade 2 et 4 cellules, mais diffèrent significativement des cellules souches pluripotentes. Par PCR quantitative (qRT-PCR) et immunofluorescence, les chercheurs ont confirmé que les TBLCs expriment fortement des gènes totipotents (comme Zscan4), tandis que l’expression des gènes pluripotents est faible. De plus, les TBLCs présentent une capacité de prolifération similaire à celle des cellules totipotentes, mais leur vitesse de croissance est plus lente en culture à long terme.

2. Construction et caractérisation des blastoïdes

Les chercheurs ont utilisé les TBLCs pour construire des blastoïdes (TB-blastoids) et ont optimisé un système de culture tridimensionnel en ajoutant de l’acide lysophosphatidique (lysophosphatidic acid, LPA), un inhibiteur de la voie Hippo. Au cours de la culture, les blastoïdes ont progressivement formé une structure typique similaire à celle des blastocystes, comprenant trois lignages cellulaires : la masse cellulaire interne (ICM), le trophectoderme (TE) et l’endoderme primitif (PE). L’immunofluorescence a montré que la répartition des lignages cellulaires dans les blastoïdes est similaire à celle des blastocystes naturels. Le séquençage d’ARN unicellulaire (scRNA-seq) a en outre confirmé que les caractéristiques transcriptomiques des blastoïdes sont très similaires à celles des blastocystes naturels.

3. Impact de la sénescence sur le développement des blastoïdes

Pour simuler les caractéristiques de vieillissement des embryons de femmes âgées, les chercheurs ont soumis les TBLCs à un stress oxydatif induit par le peroxyde d’hydrogène (H2O2), établissant ainsi un modèle de blastoïdes associé à la sénescence. Par immunofluorescence et qRT-PCR, les chercheurs ont constaté que la capacité de prolifération des TBLCs sénescentes diminuait et qu’elles présentaient des caractéristiques typiques de la sénescence, telles qu’une augmentation de l’activité de la bêta-galactosidase associée à la sénescence (SA-β-gal). Ensuite, les chercheurs ont utilisé des TBLCs sénescentes pour construire des blastoïdes sénescents et ont constaté que leur potentiel de développement diminuait de manière significative, se manifestant par une baisse du taux d’implantation et une dégénération des structures embryonnaires.

4. Évaluation du potentiel de développement in vitro et in vivo des blastoïdes

Les chercheurs ont cultivé les blastoïdes in vitro et ont observé qu’ils pouvaient former des structures similaires à celles des embryons post-implantation. De plus, les chercheurs ont transplanté les blastoïdes dans l’utérus de souris pseudogrenantes et ont constaté qu’ils pouvaient s’implanter avec succès et induire une décidualisation. Cependant, le taux d’implantation et le potentiel de développement des blastoïdes sénescents étaient nettement inférieurs à ceux des blastoïdes normaux, ce qui est cohérent avec le phénomène d’échec d’implantation des embryons de femmes âgées.

5. Analyse de l’expression génique et de l’association avec les maladies

En comparant les données transcriptomiques des blastoïdes sénescents et des blastoïdes normaux, les chercheurs ont constaté que l’expression des gènes associés à la sénescence et à l’apoptose était augmentée dans les blastoïdes sénescents, tandis que l’expression des gènes associés à la pluripotence et à la phosphorylation oxydative était diminuée. En outre, les chercheurs ont identifié une série de gènes associés à l’infertilité, à l’insuffisance ovarienne et aux complications de la grossesse par analyse d’association gène-maladie, ces gènes pouvant jouer un rôle important dans l’échec de l’implantation des embryons de femmes âgées.

Résultats de la recherche

1. Induction et identification des TBLCs : Les chercheurs ont induit avec succès des TBLCs et ont validé leurs caractéristiques totipotentes. Les TBLCs présentent des caractéristiques transcriptomiques similaires à celles des cellules embryonnaires précoces, mais diffèrent significativement des cellules souches pluripotentes.

2. Construction et caractérisation des blastoïdes : Les TBLCs ont permis la construction de blastoïdes dont la morphologie et la répartition des lignages cellulaires sont très similaires à celles des blastocystes naturels. Le séquençage d’ARN unicellulaire a en outre confirmé la cohérence des caractéristiques transcriptomiques des blastoïdes avec celles des blastocystes naturels.

3. Impact de la sénescence sur le développement des blastoïdes : Les blastoïdes construits à partir de TBLCs soumises à un stress oxydatif ont montré une baisse significative de leur potentiel de développement, se manifestant par une diminution du taux d’implantation et une dégénération des structures embryonnaires.

4. Évaluation du potentiel de développement in vitro et in vivo des blastoïdes : Les blastoïdes ont montré un potentiel de développement similaire à celui des blastocystes naturels dans les expériences de culture in vitro et de transplantation in vivo, mais le potentiel de développement des blastoïdes sénescents était nettement plus faible.

5. Analyse de l’expression génique et de l’association avec les maladies : Les données transcriptomiques des blastoïdes sénescents ont révélé une augmentation de l’expression des gènes associés à la sénescence et à l’apoptose, ainsi que des changements dans l’expression des gènes associés à l’infertilité et aux complications de la grossesse.

Conclusion et signification

Cette étude a réussi à construire un modèle de blastoïde basé sur des cellules totipotentes (TB-blastoids), dont les caractéristiques morphologiques, de lignage cellulaire et transcriptomiques sont très similaires à celles des blastocystes naturels. En simulant le processus de vieillissement, les chercheurs ont révélé les impacts négatifs de la sénescence sur l’implantation et le développement embryonnaire précoce, et ont identifié une série de gènes associés à l’échec de l’implantation des embryons de femmes âgées. Ces découvertes fournissent un nouveau modèle de recherche pour explorer les mécanismes des problèmes de fertilité des femmes âgées et offrent des cibles potentielles pour améliorer les issues de grossesse des femmes âgées.

Points saillants de la recherche

1. Nouveau modèle de blastoïde : Cette étude est la première à utiliser des cellules totipotentes pour construire un modèle de blastoïde, surpassant les modèles existants en termes de potentiel de développement et de caractéristiques transcriptomiques.

2. Exploration des mécanismes de la sénescence : En utilisant le stress oxydatif pour induire la sénescence des TBLCs, les chercheurs ont réussi à simuler les caractéristiques de vieillissement des embryons de femmes âgées et à révéler les impacts négatifs de la sénescence sur le développement embryonnaire.

3. Analyse d’association gène-maladie : Les chercheurs ont identifié une série de gènes associés à l’infertilité et aux complications de la grossesse par analyse d’association gène-maladie, offrant de nouvelles orientations pour améliorer la santé reproductive des femmes âgées.

Autres informations utiles

Le modèle de blastoïde de cette étude fournit un outil important pour les futures recherches sur le développement embryonnaire précoce et l’implantation, en particulier pour explorer les mécanismes des problèmes de fertilité des femmes âgées. En outre, cette étude offre des cibles potentielles pour le développement de stratégies thérapeutiques pour les problèmes de fertilité des femmes âgées.