Souris immunodéficientes : le lien NOD

Chère JAXY : Pourquoi la souche NOD est-elle le fond génétique préféré pour les souris immunodéficientes ?

Comme nous l’avons évoqué dans un précédent billet, les souris diabétiques non obèses (NOD/ShiLtJ) sont l’une des souris les plus couramment utilisées pour modéliser le diabète insulinodépendant (type I). Il me semble étrange que cette souche devienne le fond de choix pour le développement de Nod Scid Gamma (NSG) et d’autres souris gravement immunodéficientes qui ont révolutionné le développement de modèles humains de nouvelle génération de cancer et de maladies infectieuses. Comment cela s’est-il produit exactement ?

Les souris NOD immunodéficientes font progresser la recherche sur le diabète et les maladies infectieuses humaines

Deux objectifs de recherche distincts ont conduit au développement de modèles immunodéficients NOD :

1) Le développement d’une souris qui pourrait être utilisée pour découvrir quelles cellules immunitaires dirigent réellement le développement du diabète auto-immun chez les souris NOD.

Comme souligné dans un post récent, les souris NOD-scid (NOD.CB17-Prkdcscid/J), parce qu’elles sont déficientes en cellules B et T, ne développent pas de diabète. Par conséquent, elles sont les hôtes parfaits pour le transfert adoptif de cellules T et B de souris NOD diabétiques afin d’étudier leurs rôles dans le développement du diabète auto-immun (type 1).

2) Le développement d’une souris qui supporterait une greffe à long terme de cellules et de tissus humains pour des études liées aux maladies infectieuses et au cancer chez l’homme.

Le Prkdcscid est une mutation spontanée initialement caractérisée dans une souche congénitale BALB/c appelée C.B-17. Bien que les souris C.B-17-scid soient déficientes en cellules T et B, elles ne parviennent pas à supporter une greffe à long terme des cellules immunitaires humaines qui sont essentielles pour développer des modèles de petits animaux pour les maladies infectieuses humaines telles que le VIH. L’explication probable de leur capacité limitée de prise de greffe est que les souris C.B-17-scid conservent une fonction normale des cellules NK et myéloïdes.

Il s’avère que les souris consanguines NOD présentent des déficiences inhérentes dans les activités clés des cellules immunitaires humorales et cellulaires qui renforcent la déficience immunitaire globale des souris NOD-scid par rapport aux souris C.B-17-scid ou C57BL/6-scid (B6.CB17-Prkdcscid/SzJ).

Déficiences immunitaires inhérentes chez les souris NOD qui augmentent les déficiences immunitaires induites génétiquement

Les souris consanguines NOD sont caractérisées par les déficiences immunitaires inhérentes suivantes :

1) Absence de complément circulant. Le système du complément est un composant à base de protéines multiples du système immunitaire inné qui aide les anticorps et les cellules phagocytaires à détruire et à éliminer les agents pathogènes de l’hôte.

Normalement, un sous-groupe de protéines du complément forme des complexes qui percent des trous dans la membrane cellulaire d’un agent pathogène et lysent la cellule envahissante. Les souris NOD, ainsi que plusieurs autres souches consanguines, sont homozygotes pour une délétion dans le gène du complément hémolytique (Hc) qui empêche l’expression de la protéine du complément Hc (alias C5). Sans C5 fonctionnelle, les protéines du complément ne parviennent pas à s’assembler, et les agents pathogènes envahissants échappent à leurs effets dommageables.

2) Cellules tueuses naturelles (NK) défectueuses. Par rapport aux souris BALB/c et C.B-17, les souris consanguines NOD ont une activité des cellules NK sévèrement réduite (Kataoka et al. 1983). Les cellules NK sont une classe de cellules cytotoxiques du système immunitaire inné qui répondent rapidement aux cellules infectées par un virus en l’absence d’anticorps.

Important, l’activité des cellules NK est un obstacle majeur à la prise de greffe de cellules hématopoïétiques humaines chez la souris. Par conséquent, la réduction de la fonction des cellules NK chez les souris NOD améliore grandement la prise de greffe de cellules humaines.

3) Déficits de différenciation et fonctionnels des macrophages et des cellules présentatrices d’antigènes (CPA). Les macrophages et les CPA sont des cellules immunitaires qui jouent un rôle important dans l’engloutissement des agents pathogènes. L’affichage ultérieur d’antigènes dérivés des pathogènes sur la surface cellulaire des CPA est essentiel pour déclencher des réponses immunitaires adaptatives.

Les macrophages des souris consanguines NOD conservent de nombreuses caractéristiques des macrophages à cellules immatures et présentent de faibles réponses fonctionnelles (Serreze et al. 1993). Les cellules dendritiques présentatrices d’antigènes des souris NOD présentent également des défauts de maturation (Pearson et al. 2003).

Combinés, les attributs ci-dessus font du fond génétique NOD une plateforme idéale qui, en combinaison avec la mutation scid, produit des souris qui supportent une meilleure prise de greffe de cellules immunitaires d’origine humaine. En effet, les souris NOD-scid supportent des niveaux jusqu’à 5 fois plus élevés de prise de greffe de cellules lymphoïdes humaines, en comparaison par exemple avec les souris C.B-17-scid.

Got Sirpa ?

L’allèle SirpaNOD favorise la prise de greffe de cellules souches hématopoïétiques humaines (hHSCs) chez les souris immunodéficientes dérivées de NOD.

La course au développement de souris immunodéficientes dérivées de NOD encore plus avancées a été alimentée par la nécessité de développer des souris « humanisées », c’est-à-dire des souris qui expriment des cellules immunitaires humaines pleinement fonctionnelles à la place de leurs homologues murines.

On sait depuis plus d’une décennie que les souris immunodéficientes avec le fond NOD prennent des greffes de cellules souches hématopoïétiques (CSH) humaines plus efficacement que les souris immunodéficientes sur d’autres fonds génétiques. Ce phénomène a été expliqué récemment par la découverte que les macrophages de la moelle osseuse des souris NOD expriment une variante de la protéine régulatrice de signal alpha (Sirpa) qui a une plus grande affinité pour les cellules souches hématopoïétiques humaines (Takenaka et al. 2007 ; van den Berg et van der Schoot 2008). Les souris NOD-SCID qui portent un allèle Sirpa provenant de souris NOR, une souche étroitement apparentée à NOD, ne prennent pas aussi facilement des greffes de CSHh.

Que fait Sirpa ?

La protéine Sirpa, tant chez la souris que chez l’homme, interagit avec Cd47 et contrôle de multiples fonctions dans les cellules myéloïdes. L’une des plus documentées est la régulation négative par SIRPA dans les macrophages de la phagocytose des cellules hôtes, critique pour l' »auto-reconnaissance » et la tolérance à la transplantation. Lorsque la SIRPA liée aux macrophages se lie à la Cd47 de la cellule hôte, elle génère un signal inhibiteur dépendant de la SHP-1 qui empêche les macrophages d’engloutir la cellule Cd47-positive.

À l’heure actuelle, il n’est cependant pas clair si la liaison accrue de la protéine SirpaNOD à la hCD47 et l’activation d’un signal inhibiteur phagocytaire est le mécanisme réel qui est responsable de l’amélioration de la prise de greffe des CSHh chez les souris immunodéficientes dérivées de NOD.

Il est intéressant de noter que des souris immunodéficientes sur des fonds génétiques non dérivés de NOD sont maintenant disponibles qui surexpriment la protéine humaine SIRPA (par exemple C;129S4-Rag2tm1.1Flv Il2rgtm1.1FlvTg(SIRPA)1Flv/J) et présentent des niveaux de prise de greffe de CSHh comparables aux souris NSG.

Le transfert de la mutation scid sur le fond NOD s’est avéré être une percée clé qui a à la fois fait progresser notre compréhension du diabète de type I et conduit au développement de modèles de petits animaux plus robustes pour étudier un large éventail de maladies humaines. Qui aurait cru qu’une souris diabétique deviendrait, sans doute, le fond de souche le plus important dans la recherche sur les maladies humaines basée sur la xénogreffe ?