Rapport sur les changements spatio-temporels du transcriptome au cours du vieillissement ovarien humain et le rôle régulateur de FOXP1

Contexte académique

Avec l’augmentation continue de l’espérance de vie moyenne mondiale, les problèmes de santé auxquels les femmes sont confrontées à la ménopause attirent de plus en plus d’attention. Le vieillissement ovarien est l’un de ces problèmes importants, étroitement lié à l’ostéoporose, aux maladies cardiovasculaires, à l’obésité, aux tumeurs, à la maladie d’Alzheimer et au diabète. Pour explorer des stratégies de traitement visant à retarder le vieillissement ovarien, il est nécessaire de comprendre en détail la composition cellulaire des ovaires, leurs caractéristiques moléculaires et leurs variations spatio-temporelles. Cependant, notre compréhension de la manière dont le vieillissement ovarien humain influence les niveaux cellulaires et moléculaires est encore limitée. Cette étude intègre le séquençage ARN monocellulaire (single-cell RNA sequencing, scRNA-seq) et la transcriptomique spatiale (spatial transcriptomics, ST-seq) pour caractériser systématiquement les caractéristiques moléculaires spatio-temporelles de huit types cellulaires au cours du vieillissement ovarien humain.

Source de l’article

Cette étude a été publiée dans la revue « Nature Aging » le 9 avril 2024, sous le titre « Spatiotemporal transcriptomic changes of human ovarian aging and the regulatory role of FOXP1 ». La recherche a été réalisée par une équipe de scientifiques issus de plusieurs institutions, dont Meng Wu et Weicheng Tang de l’Hôpital Tongji, affilié à l’École de médecine Tongji de l’Université des Sciences et Technologies de Huazhong, ainsi que du Centre de recherche clinique national sur les maladies gynécologiques et du Laboratoire clé du Ministère de l’Éducation spécialisé dans l’invasion et la métastase du cancer.

Conception de l’étude

• Participants et source des échantillons : Les sujets de l’étude incluaient 15 femmes volontaires ayant subi une hystérectomie et une salpingectomie. Les échantillons ovariens ont été divisés en trois groupes d’âge : jeune (18-28 ans), moyen (36-39 ans), et âgé (47-49 ans).
• Contrôle et groupement : Chaque groupe comprenait 5 échantillons d’ovaires, soumis respectivement à scRNA-seq et ST-seq.
• Procédé expérimental : Les échantillons ovariens ont été dissociés et traités en suspension cellulaire, puis soumis au scRNA-seq sur la plateforme 10x Genomics. Les données ST-seq générées ont été intégrées aux données monocellulaires pour inférer la composition des cellules pour chaque point ST.
• Analyse des données : L’analyse factorielle à composantes principales a été utilisée pour prédire la composition cellulaire de chaque point ST. Huit types cellulaires ont été identifiés via l’algorithme UMAP et les marqueurs cellulaires spécifiques, suivis d’analyses d’ontologie génétique (gene ontology, GO) et des gènes différentiellement exprimés (differentially expressed genes, DEG).

Résultats de l’étude

1. Séquençage ARN monocellulaire et localisation spatiale

L’étude a identifié huit types de cellules : les ovocytes, les cellules granulaires (granulosa cells, GCs), les cellules musculaires lisses (smooth muscle cells, SMCs), les cellules endothéliales, les monocytes, les cellules tueuses naturelles (cellules NK) et les lymphocytes T. L’analyse GO a montré que les gènes hautement exprimés par les cellules granulaires étaient enrichis dans la régulation des niveaux hormonaux, tandis que les gènes des ovocytes étaient associés à la différenciation des ovocytes. L’utilisation des données ST-seq a permis de cartographier la distribution spatiale des types de cellules, révélant les caractéristiques spatio-temporelles des cellules ovariennes à différents âges.

2. Changements transcriptomiques associés au vieillissement des cellules ovariennes

L’étude a révélé des différences significatives dans les modes d’expression génique selon les types de cellules ovariennes pendant le vieillissement. Les DEGs up-régulés étaient principalement associés au « vieillissement cellulaire » et à des voies de signalisation telles que FOXO, IL-17 et NF-κB. Les DEGs down-régulés concernaient principalement la migration cellulaire, les interactions récepteur-matrice extracellulaire et la voie de signalisation des œstrogènes. Avec l’âge, les scores des voies de signalisation du vieillissement cellulaire augmentaient significativement pour la plupart des cellules ovariennes, confirmant l’importance du vieillissement cellulaire dans le vieillissement ovarien.

3. Caractéristiques et changements des cellules granulaires et des ovocytes

Les cellules granulaires étaient divisées en trois sous-types, le sous-type GC3 étant prédominant dans le groupe âgé, exprimant des marqueurs liés à l’apoptose et au cycle cellulaire. Les données de scRNA-seq et de ST-seq ont confirmé les sous-types des cellules granulaires et leur distribution spatiale. Pendant le vieillissement, les ovocytes ont montré des signes évidents de dommages à l’ADN et une capacité de réparation réduite, avec une augmentation significative des gènes de réponse aux dommages à l’ADN et une diminution des gènes de réparation de l’ADN.

4. Changements des cellules T&S

L’étude a identifié cinq sous-types de cellules T&S. Dans le groupe âgé, les cellules T&S montraient une réponse au stress cellulaire, et les scores de vieillissement cellulaire augmentaient significativement pour tous les sous-types. L’analyse a montré que cdkn1a était largement distribué dans les échantillons vieillissants, avec des niveaux significatifs de facteurs SASP associés au vieillissement cellulaire.

5. Rôle régulateur de FOXP1

L’étude a découvert que l’expression de FOXP1 diminuait significativement avec l’âge dans les ovaires, sa réduction étant liée au vieillissement cellulaire des cellules granulaires et T&S. Des expériences de knockdown de FOXP1 ont confirmé que FOXP1 prévenait le vieillissement cellulaire ovarien en inhibant la transcription de cdkn1a. Chez les souris knock-out pour le gène FOXP1, les ovaires rétrécissaient, le nombre de follicules sains diminuait, et les niveaux d’AMH et d’œstradiol sériques étaient réduits, montrant des caractéristiques de vieillissement ovarien accéléré.

6. Effet protecteur de la quercétine sur le vieillissement ovarien

L’étude a montré que la quercétine permettait de réduire significativement l’expression de cdkn1a et d’autres marqueurs de vieillissement, favorisant la prolifération cellulaire et réduisant les dommages à l’ADN. Le traitement médicamenteux à la quercétine peut retarder le vieillissement ovarien chez les souris d’âge moyen, augmentant le nombre de follicules sains et la capacité de reproduction. La quercétine montre une valeur potentielle dans le traitement du vieillissement ovarien.

Conclusion

Cette étude, en intégrant pour la première fois le séquençage ARN monocellulaire et la transcriptomique spatiale, explique systématiquement les changements spatio-temporels du transcriptome durant le vieillissement ovarien humain, identifie FOXP1 comme un facteur clé de la régulation du vieillissement cellulaire ovarien, et démontre la valeur potentielle de la quercétine dans la prévention du vieillissement ovarien. Ces découvertes offrent des ressources précieuses et des perspectives pour des études ultérieures sur les mécanismes du vieillissement ovarien et le développement de nouvelles stratégies de diagnostic et de traitement.