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L’épithélium pigmentaire rétinien (EPR) fournit un soutien essentiel pour les photorécepteurs sus-jacents, y compris l’absorption quotidienne et la dégradation des extrémités ou des fragments du segment externe du photorécepteur (dans ce protocole, l’abréviation OS signifie embouts ou fragments OS plutôt que segments externes entiers). Cette absorption quotidienne de l’EPR post-mitotique finit par surcharger la capacité phagolysosomale et conduit à l’accumulation de matériel intracellulaire autofluorescent non digestible, appelé lipofuscine. Fait intéressant, plusieurs études ont également démontré que la lipofuscine RPE peut s’accumuler sans phagocytoseOS 1,2. La lipofuscine a de nombreux composants, y compris des adduits réticulés dérivés des rétinoïdes du cycle visuel, et peut occuper près de 20% du volume des cellules EPR pour les personnes de plus de 80 ans3.
La question de savoir si la lipofuscine est toxique a fait l’objet de vifs débats. La maladie de Stargardt est une dégénérescence autosomique récessive des photorécepteurs et de l’EPR dans laquelle une mutation d’ABCA4 déclenche un traitement incorrect des rétinoïdes du cycle visuel contenus dans les segments externes des photorécepteurs. Un traitement inadéquat des rétinoïdes conduit à une réticulation aberrante et à la formation d’espèces bis-rétinoïdes, y compris le bis-rétinoïde N-rétinylidène-N-rétinyléthanolamine (A2E). Des études ont démontré de multiples mécanismes de toxicité A2E 4,5. La lipofuscine contribue aux signaux d’autofluorescence du fond d’œil lors de l’imagerie clinique, et les patients de Stargardt et les modèles animaux présentent une autofluorescence accrue du fond d’œil avant la dégénérescence rétinienne, suggérant une corrélation entre les niveaux de lipofuscine et la toxicité 6,7. Cependant, avec l’âge, la lipofuscine s’accumule chez tous les humains sans déclencher de dégénérescence de l’EPR. De plus, dans la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA), où la dégénérescence de l’EPR ne survient que chez les patients âgés, les personnes atteintes de formes précoces et intermédiaires de la maladie ont moins de signaux d’autofluorescence du fond d’œil que les humains non malades appariés selon l’âge8. Ces résultats cliniques ont également été vérifiés au niveau histologique 9,10.
Les modèles animaux de l’accumulation de lipofuscine RPE ont également laissé une certaine ambiguïté sur la toxicité de la lipofuscine. La souris knockout ABCA4 ne présente pas de dégénérescence rétinienne sur un fond pigmenté, alors qu’elle le fait sur un fond albinos ou lorsqu’elle est exposée à la lumière bleue11,12. De plus, la toxicité de la lipofuscine dérivée via ABCA4 knockout diffère probablement de la lipofuscine à accumulation plus lente qui se produit avec le vieillissement naturel, comme on le voit dans AMD13.
Les modèles in vitro d’accumulation de lipofuscine offrent une alternative à l’étude des effets de l’accumulation de lipofuscine sur la santé des EPR. De tels modèles permettent de manipuler des composants de lipofuscine, de l’alimentation de composants rétinoïdes simples à l’alimentation de la SG, et permettent d’étudier l’EPR humaine plutôt qu’animale. Au cours des deux dernières décennies, plusieurs méthodes ont été développées pour modéliser la lipofuscine RPE en culture. Avec d’autres groupes, le groupe du Dr Boulton a nourri quotidiennement la SG bovine pendant une période allant jusqu’à trois mois sur le passage de 4 à 7 cellules primaires humaines EPR provenant de donneurs âgés de 4 à 85 ans14. Alternativement, l’inhibition de l’autophagie a également conduit à l’accumulation de lipofuscine dans les passages 3 à 7 cultures primaires d’EPR humaines15. Cependant, l’inhibition lysosomale sublétale dans des cultures hautement différenciées de RPE prénatale humaine primaire (hfRPE) de passage 1 n’a pas réussi à induire la lipofuscine, même avec l’ajout répété de SG sur une base quotidienne16.
Comme approche plus réductionniste, d’autres ont donné des composants simples de lipofuscine aux cultures, en particulier le bis-rétinoïde A2E 4,17. De telles études sont précieuses en ce qu’elles définissent des mécanismes directs potentiels de toxicité pour les composants individuels de la lipofuscine, impliquant, par exemple, le cholestérol lysosomal et l’homéostasie des céramides18. Dans le même temps, il y a un débat sur la toxicité de l’A2E19, et l’alimenter directement aux cellules contourne la voie typique d’accumulation de lipofuscine, qui implique la phagocytose du système d’exploitation photorécepteur. Dans une tentative d’administrer tous les composants de la lipofuscine aux cultures d’EPR, Boulton et Marshall ont purifié la lipofuscine à partir d’yeux humains et l’ont transmise au passage 4 à 7 cultures humaines primaires d’EPR dérivées de donneurs humains fœtaux et âgés20. Bien qu’innovante, cette méthode représente une source limitée de lipofuscine pour des expériences répétées.
Alors que l’alimentation répétée de cultures OS à RPE produit de la lipofuscine dans de nombreux systèmes, elle ne le fait pas dans les cultures RPE primaires hautement différenciées16. La SG photo-oxydante induit des réactions de réticulation comme la formation de bis-rétinoïdes qui se produit naturellement lors de la formation de lipofuscine in vivo. Cela peut accélérer la formation de granules de type lipofuscine dans les systèmes de culture EPR, même ceux qui sont très différenciés et résistants à l’accumulation de lipofuscine16. Ici, une méthode pour induire l’accumulation de granules de type lipofuscine dans l’hfRPE hautement différencié et l’iPSC-RPE humain est introduite, modifiée à partir du protocole publié par Wihlmark21. Cette méthode a l’avantage d’induire des granules de type lipofuscine utilisant la même source (système d’exploitation photorécepteur) et la même voie (absorption de la SG phagolysosomale) que pour la lipofuscinogenèse in vivo. De plus, il est effectué sur des cultures humaines d’EPR hautement différenciées et validées dans de multiples études pour reproduire l’EPR humaine in vivo22,23,24. Ces granules de type lipofuscine sont appelés matériaux autofluorescents non digestibles (UAM) et fournissent des données et une discussion dans ce protocole comparant UAM à la lipofuscine in vivo. Outre les méthodes de construction et d’évaluation des cultures chargées d’UAM dans l’EPR humaine hautement différenciée, une méthode mise à jour pour évaluer la phagocytose de la SG EPR est également introduite. Plusieurs excellentes méthodes de chasse par impulsions pour quantifier la phagocytose OS ont été introduites, y compris le transfert Western, l’immunocytochimie et FACS25,26,27. Cependant, au début de la chasse au pouls du système d’exploitation, les conditions qui conduisent à une mauvaise adoption de la SG peuvent être confondues avec des conditions qui favorisent la dégradation rapide du système d’exploitation internalisé. La méthode présentée ici mesure la quantité totale de SG introduits qui est entièrement consommée/dégradée par l’EPR (« Capacité de consommation totale »), ce qui aide à éliminer cette ambiguïté. On s’attend à ce que des informations sur la toxicité de la lipofuscine à l’aide de ces protocoles, y compris les effets sur les taux de phagocytose de la SG à l’aide de la méthode de la « capacité totale de consommation », soient utilisées pour faire la lumière sur la toxicité de la lipofuscine in vivo.