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Les organes de l’oreille interne, la cochlée, l’utricule, le saccule et trois canaux semi-circulaires, interviennent dans la capacité d’entendre et d’équilibrer. À l’intérieur de la cochlée, les cellules ciliées convertissent les sons en signaux électriques qui sont relayés aux neurones du ganglion spiralé (SGN). Les SGN déclenchent des potentiels d’action pour propager les signaux neuronaux à travers le circuit auditif. Les mutations génétiques, les médicaments ototoxiques et l’exposition à des sons forts contribuent à la mort des cellules ciliées et du SGN qui entraînent une perte auditive1 à 4. Une fois perdues, ces cellules ne sont pas remplacées. L’utilisation d’iPSC et d’ESC pour générer des cellules ciliées naissantes ou SGN est très prometteuse pour les thérapies de remplacement des cellules de l’oreille interne5-8. Une série de progrès a montré que les cellules souches pluripotentes et les progéniteurs dérivés de l’oreille interne peuvent se différencier en cellules ciliées et en SGN à différents stades de maturité. Les cellules souches embryonnaires (CSE) et les cellules souches pluripotentes induites (CSPi) de mammifères peuvent être utilisées pour générer des cellules ciliées fonctionnelles et des SGN9-11. Il a également été démontré que les cellules souches et les cellules progénitrices dérivées de l’oreille interne des mammifères forment des cellules ciliées et des neurones avec les propriétés de leurs homologues cellulaires in vivo 12-16.
L’utilisation de progéniteurs otiques iPSC ou dérivés d’ESC pour remplacer les cellules ciliées et les SGN perdus nécessite une différenciation efficace. Une différenciation inappropriée ou une prolifération continue de progéniteurs dérivés de tiges greffées dans l’oreille interne peut exacerber la fonction de l’oreille interne et présenter un risque tumorigène tel que la formation de tératomes dans l’oreille interne17. Il est clairement nécessaire de développer des conditions de culture et de comprendre la différenciation des progéniteurs otiques. L’une des stratégies de développement de ces méthodes consiste à récapituler les décisions relatives au destin cellulaire prises par les progéniteurs neurosensoriels au cours du développement de l’oreille interne. Les protocoles qui empêchent la prolifération et dirigent les progéniteurs otiques dans les cellules ciliées ou les SGN contribueront à améliorer l’innocuité ainsi que l’efficacité des thérapies de remplacement.
Au cours du développement, l’oreille interne commence par l’épaississement de l’ectoderme de surface dans une région restreinte entre les rhombomères 5 et 6 pour devenir la placode otique. Lorsque la plaque otique s’invagine pour former une cupule otique, un ensemble de cellules dans la région antérieure de la cupule otique donne naissance au domaine neuro-sensori-compétent (NSD), qui contient des précurseurs des cellules ciliées et des neurones de l’oreille interne18. Des études de cartographie du destin de souris, de poulets et de poissons-zèbres en développement dans l’oreille interne suggèrent de multiples populations de progéniteurs neurosensoriels qui donnent naissance aux cellules ciliées sensorielles, entourant les cellules de soutien et les neurones otiques19-22. Le facteur de transcription du groupe à haute mobilité, Sox2, a été impliqué dans la spécification des cellules sensorielles et utilisé comme marqueur pour les progéniteurs de l’oreille interne23,24. Les mutations hypomorphes qui diminuent les niveaux d’expression de Sox2 dans l’oreille interne entraînent la perte des cellules ciliées, des cellules de soutien et des SGN dans la cochlée25,26.
Pour étudier les cellules progénitrices otiques subissant des décisions relatives au destin cellulaire, une lignée cellulaire de progéniteur otique multipotent immortalisé (iMOP) restreinte au destin à partir de progéniteurs cochléaires exprimant Sox2 a été précédemment établie. Les cellules iMOP étaient à l’origine dérivées de la cochlée embryonnaire E12.5-13.5 et infectées par un rétrovirus c-Myc27. Les cellules iMOP peuvent proliférer continuellement en tant que cellules formant des colonies appelées otosphères et ont la capacité de se différencier en cellules ciliées, cellules de soutien et SGN27. La compréhension de la capacité des cellules iMOP à se différencier en lignées otiques distinctes permet d’appliquer ces résultats pour générer efficacement des cellules ciliées et des SGN dérivés d’iPSC ou d’ESC. Des protocoles de différenciation efficaces ouvriront de nouvelles voies pour les thérapies de remplacement cellulaire des maladies de l’oreille interne qui sont récalcitrantes aux traitements conventionnels. Un problème crucial dans la génération de cellules otiques par culture cellulaire in vitro est de disposer de marqueurs de différenciation qui aident à déterminer si les cellules sont en cours de différenciation. Cdkn1b (p27KIP) a été largement utilisé comme marqueur précoce de la différenciation dans l’oreille interne en développement, cependant, l’expression de Cdkn1b dans les cellules iMOP et sa corrélation avec la différenciation n’ont pas été abordées. Dans cette étude, les conditions de culture actuelles et la corrélation entre l’expression de Cdkn1b et d’autres marqueurs de la différenciation d’iMOP sont décrites.