Grâce à une série d’études cellulaires et animales, une équipe de recherche a identifié le principal responsable des poussées chez les patients atteints d’une maladie génétique rare appelée fibrodysplasie ossifiante progressive.
L’équipe était dirigée par le professeur agrégé de CiRA Makoto Ikeya et le professeur agrégé Chengzhu Zhao de l’université médicale de Chongqing (ancien chercheur au département d’application clinique de CiRA). Leurs conclusions sont publiées dans la revue EMBO Médecine Moléculaire.
La fibrodysplasie ossifiante progressive (FOP) est une maladie génétique rare dans laquelle une formation osseuse anormale remplace progressivement les muscles et les tissus conjonctifs en raison d’une mutation du gène ACVR1 codant pour un récepteur de la protéine morphogénétique osseuse (BMP) de type I chez plus de 95 % des patients atteints de FOP. activer de manière aberrante la signalisation BMP par l’Activine A, un ligand du TGF-β.
Cette ossification hétérotopique (HO) est généralement associée à des poussées, qui sont des épisodes récurrents de gonflement douloureux des tissus mous déclenchés par un traumatisme dû à des blessures mineures. Les poussées entraînent souvent la prolifération de progéniteurs fibroadipogènes (FAP), un sous-type de cellules stromales mésenchymateuses (CSM) responsables d’une grande partie de la formation osseuse anormale conduisant à HO.
Ainsi, l’inhibition ou la suppression de la prolifération des FAP pourrait limiter la progression de la maladie. Néanmoins, les mécanismes moléculaires à l’origine des poussées restent largement inconnus.
Pour mieux comprendre les mécanismes des poussées, l’équipe de recherche a d’abord tenté d’identifier les molécules responsables du déclenchement de la prolifération des CSM chez les patients atteints de FOP. Pour cela, ils ont testé un panel de ligands potentiels sur des MSC dérivées de cellules iPS générées à partir d’un patient FOP (FOP-iMSC) et des MSC corrigées pour la mutation ACVR1 (resFOP-iMSC).
Alors que plusieurs ligands du TGF-β et du BMP avaient des effets similaires sur la prolifération des iMSC FOP et resFOP, BMP-9 a spécifiquement amélioré la croissance des iMSC FOP, une observation confirmée en utilisant les iMSC d’un autre patient FOP. Des expériences supplémentaires examinant un marqueur de prolifération cellulaire et la progression dans le cycle cellulaire ont également confirmé le rôle spécifique de la BMP-9 dans les FOP-iMSC.
Les chercheurs ont ensuite examiné la signification de leurs découvertes in vivo en injectant de la BMP-9 dans les muscles de souris modèles FOP présentant la même mutation que chez les patients FOP. Notamment, l’injection intramusculaire de BMP-9 a entraîné des modifications dans les tissus ressemblant à des poussées, notamment une formation anormale de cartilage et d’os, ainsi qu’une accumulation accrue de FAP, uniquement chez les souris exprimant le mutant ACVR1.
Pour étudier plus en détail le rôle de la BMP-9 dans la pathologie de la FOP, l’équipe de recherche a induit artificiellement des lésions musculaires en injectant de la cardiotoxine dans le muscle du mollet de souris modèles de FOP. Un examen détaillé du site de la blessure a révélé des cellules prolifératives BMP-9-positives et une matrice extracellulaire riche en BMP-9 à proximité, conduisant potentiellement à l’augmentation observée des taux sériques de BMP-9.
En revanche, alors que l’injection intramusculaire de cardiotoxine chez des souris saines augmentait le nombre de cellules positives pour la BMP-9 au niveau du site de la blessure, leur accumulation s’est progressivement résolue à mesure que la régénération musculaire commençait, et aucune augmentation significative des taux sériques de BMP-9 n’a été observée. En outre, les chercheurs ont révélé que les monocytes et les macrophages formant la réponse inflammatoire initiale étaient la principale source de BMP-9 provoquant une accumulation aberrante de FAP dans les stades ultérieurs de la lésion musculaire et de HO chez les souris modèles de FOP.
Pour déterminer si ces résultats pourraient avoir des implications en tant que traitements potentiels de la FOP, les chercheurs ont utilisé des approches génétiques et pharmacologiques pour démontrer la contribution essentielle de la BMP-9 à l’HO dans la FOP. Chez les souris modèles FOP présentant une délétion du gène BMP-9 ou traitées avec un anticorps neutralisant BMP-9, la progression de HO après injection intramusculaire de cardiotoxine a été atténuée.
En outre, l’étude neutralisant la BMP-9 basée sur les anticorps, dans laquelle l’anticorps a été administré à différents moments, a démontré que l’inhibition de la BMP-9 est plus efficace au cours des premiers stades pour prévenir la progression de HO.
Enfin, pour comprendre comment BMP-9 déclenche la prolifération de FAP, l’équipe de recherche a examiné les profils d’expression génique des FOP et resFOP-iMSC après un traitement par BMP-9. Comme prévu, cette analyse suggère une amélioration de la signalisation du TGF-β, confirmée par des expériences visant à examiner spécifiquement l’activation du TGF-β, y compris la phosphorylation des molécules de signalisation en aval, SMAD2/3.
Sur la base de ces observations, les chercheurs ont vérifié si l’inhibition génétique ou pharmacologique de la signalisation ACVR1-SMAD atténuerait la prolifération des FOP-iMSC. Grâce à ces expériences, ils ont découvert que DMH1, une petite molécule qui occupe spécifiquement le site de liaison SMAD dans ACVR1, supprimait la prolifération des FOP-iMSC induite par BMP-9, bien qu’elle n’ait aucun effet sur la prolifération des FOP et resFOP-iMSC induite par le TGF-β. .
De même, ils ont révélé que l’inhibition génétique de la signalisation TGF-β médiée par SMAD2/3 par l’inactivation médiée par les siARN réprimait de manière significative la prolifération aberrante des FOP-iMSC.
Grâce à cette étude, l’équipe de recherche a révélé l’implication cruciale de la prolifération des CSM médiée par la BMP-9 lors des poussées chez les patients atteints de FOP. En outre, les chercheurs ont démontré l’efficacité thérapeutique de plusieurs stratégies potentielles pour prévenir les dommages causés par cette signalisation aberrante déclenchée par la BMP-9, laissant ainsi espérer de nouvelles options de traitement pour minimiser les poussées douloureuses caractéristiques de la FOP.
