Organoïdes hypothalamohypophysaires comme modèles pathologiques

Abstract

Les déficits hypophysaires, ou hypopituitarismes, sont définis comme une insuffisance de production d’une ou de plusieurs hormones antéhypophysaires (hormone de croissance, TSH, ACTH, LH-FSH et prolactine). Les hypopituitarismes congénitaux, maladies rares aux conséquences invalidantes, se présentent souvent sous la forme de déficits hormonaux isolés, tels que les déficits isolés en hormone de croissance (GHD) ou en ACTH (ACTHD) ou les déficits combinés en hormones hypophysaires, lorsque plusieurs hormones hypophysaires sont affectées. Ils résultent majoritairement de mutations génétiques ou de l’action nocive de facteurs environnementaux au cours du développement fœtal. Les deux dernières décennies ont vu l’apparition de nouveaux modèles in vitro appelés organoïdes, qui permettent de recréer partiellement le développement d’un organe à partir de cellules pluripotentes. À partir de cellules-souches humaines embryonnaires (hESCs) ou induites (hiPSCs), il a été possible de reproduire diverses étapes du développement hypothalamohypophysaire, mécanique complexe qui nécessite l’interaction entre deux structures embryonnaires d’origines différentes, jusqu’à la production de cellules endocrines hypophysaires fonctionnelles. Ces organoïdes ont permis au groupe japonais qui a initialement mis au point cette technique de comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires conduisant à la pathogénicité d’une mutation du gène OTX2, identifiée comme étant responsable de déficits combinés en hormones hypophysaires. Grâce à la technique d’édition génique CRISPR-CAS9, les organoïdes ont permis à notre groupe de démontrer que le phénotype endocrinien des patients souffrant du syndrome DAVID (déficit en ACTH associé à un déficit immunitaire commun variable) était bien lié à une mutation du gène NFKB2, identifiant ainsi ce gène comme un élément central du développement hypophysaire. Enfin, la capacité de ces organoïdes à présenter une réponse sécrétoire à une stimulation hypothalamique ainsi que la possibilité de moduler ces signaux en mimant le rétrocontrôle par les organes cibles laisse envisager dans le futur leur utilisation sous un angle thérapeutique dans le cadre de la médecine dite « régénérative ».

Pituitary deficiencies, or hypopituitarisms, are defined as insufficient production of one or more anterior pituitary hormones (growth hormone, TSH, ACTH, LH-FSH and prolactin). Congenital hypopituitarism, a rare disease with severe disabling consequences, often takes the form of isolated hormone deficiencies, such as isolated growth hormone deficiency (GHD) or isolated ACTH deficiency (ACTHD), or combined pituitary hormone deficiencies, when several pituitary hormones are affected. They are mainly the result of genetic mutations or the harmful action of environmental factors during foetal development. The last two decades have seen the emergence of new in vitro models called organoids, which make it possible to partially recreate the development of an organ using pluripotent cells. Using human embryonic stem cells (hESCs) or induced human embryonic stem cells (hiPSCs), it has been possible to recreate various stages of hypothalamic-pituitary development, a complex mechanism requiring interaction between two embryonic structures of different origins, right up to the production of functional pituitary endocrine cells. These organoids have made it possible to the Japanese group that initially developed this technique to decipher the cellular and molecular mechanisms leading to the pathogenicity of a mutation in the OTX2 gene, identified as being responsible for combined pituitary hormone deficiencies. Using the CRISPR-CAS9 gene-editing technique, our group could demonstrate that the endocrine phenotype of patients suffering from DAVID syndrome (ACTH deficiency associated with a variable common immune deficiency) is indeed linked to a mutation in the NFKB2 gene, thereby identifying this gene as a central element in pituitary development. Finally, the ability of these organoids to present a secretory response to hypothalamic stimulation and the possibility of modulating these signals by mimicking feedback from the target organs suggest that they could be used therapeutically as a so-called regenerative medicine approach.