La fibrose cardiaque contribue à la progression de l'insuffisance cardiaque, et le développement de thérapies antifibrosiques efficaces est limité par l'absence de plateformes de criblage longitudinal2,13. Les méthodes classiques d'évaluation de l'efficacité antifibrosique, telles que le Western blot, la RT-qPCR et la coloration en immunofluorescence, reposent sur des mesures ponctuelles nécessitant la lyse ou la fixation des cellules. Ces approches empêchent une surveillance en temps réel de la progression fibrosique dans des cellules vivantes et limitent leur applicabilité pour des analyses longitudinales et à haut débit. De plus, la génération de lignées cellulaires rapporteuses stables par transfection plasmidique ou intégration lentivirale est souvent entravée par une faible efficacité de transfection dans les fibroblastes, une variabilité liée à l'intégration génomique aléatoire et un silençage progressif de l'expression du rapporteur au fil des passages successifs15.
Bien que les vecteurs lentiviraux soient fréquemment utilisés pour la livraison de gènes dans les fibroblastes NIH/3T3, notre étude a spécifiquement employé un système rapporteur adénoviral afin de préserver la fidélité physiologique des fibroblastes. Les lentivirus s'intègrent de façon permanente dans le génome de l'hôte, ce qui comporte un risque inhérent de mutagenèse par insertion pouvant accidentellement perturber les réseaux de signalisation endogènes — une préoccupation majeure lors de l'évaluation de cascades complexes telles que la fibrogenèse induite par le TGF-β. En revanche, les vecteurs adénoviraux restent épisomiques, garantissant ainsi l'intégrité génomique. De plus, en évitant la sélection antibiotique prolongée nécessaire pour obtenir des lignées cellulaires stables avec des lentivirus, on prévient les modifications phénotypiques induites par le traitement, permettant ainsi une expression transitoire rapide, robuste et hautement efficace, adaptée au criblage à haut débit.
Pour pallier ces limitations techniques, le système rapporteur adénoviral sous contrôle du promoteur mCol1a1 exprimant mCherry offre une méthode permettant de suivre l'activation des fibroblastes in vitro. Ce système associe une livraison adénovirale au promoteur murin Col1a1, un marqueur transcriptionnel lié à l'activation des fibroblastes et au dépôt de la matrice extracellulaire16. Le couplage de l'activité du promoteur Col1a1 à un marqueur fluorescent permet de visualiser et de quantifier les réponses transcriptionnelles fibrotiques dans des cellules vivantes. La fluorescence du rapporteur augmente après stimulation par le TGF-β à plusieurs points temporels, reflétant l'évolution longitudinale de l'activation des fibroblastes. L'inhibition de l'activité du rapporteur par l'inhibiteur d'ALK5 SB431542 indique une régulation dépendante de la voie de signalisation. La corrélation entre la fluorescence du rapporteur et l'expression endogène des gènes et protéines associés à la fibrose, mesurée par RT-qPCR et ELISA, soutient l'utilisation de cette méthode pour surveiller les réponses fibrotiques dans ces conditions.
Des études récentes ont utilisé des cellules cardiaques dérivées de cellules souches pluripotentes induites combinées à une perturbation génétique basée sur CRISPR-Cas9 pour le criblage de médicaments et la découverte de cibles11,13. Par exemple, des fibroblastes cardiaques dérivés de cellules souches pluripotentes induites, modifiés par CRISPR et porteurs d'un rapporteur fluorescent, ont été utilisés dans des approches de criblage à grande échelle de composés11,17. Bien que ces méthodes offrent une grande précision génétique, elles sont associées à des délais prolongés de différenciation, à une complexité technique, à une variabilité d’un lot à l’autre et à un coût expérimental accru13,18. En comparaison, la plateforme rapporteur virale adénovirale décrite ici permet une mise en œuvre plus rapide, sans édition du génome ni différenciation cellulaire prolongée. Ces approches peuvent être utilisées de manière complémentaire, le système rapporteur mCol1a1p-mCherry servant d’outil de criblage initial et les modèles basés sur les cellules souches pluripotentes induites étant utilisés pour la validation ultérieure11.
Le système rapporteur mCol1a1p-mCherry décrit ici fournit une méthode pour cribler des composés candidats, notamment des modulateurs métaboliques et des produits naturels, dans un modèle basé sur les fibroblastes. Pour garantir la reproductibilité de ce protocole, plusieurs étapes critiques et considérations de dépannage doivent être prises en compte. Premièrement, la pureté de la préparation d'adénovirus est essentielle. L'utilisation de lysats viraux non purifiés peut introduire des débris cellulaires hôtes et des composants cytotoxiques, entraînant des effets non spécifiques dans les fibroblastes NIH/3T3 et faussant la lecture du rapporteur. En outre, afin d'assurer une reproductibilité rigoureuse et une cohérence entre les lots pour les applications de criblage ultérieures, chaque préparation virale a été soumise à une purification standardisée et strictement quantifiée au moyen d'un dosage par dilution en point final. En appliquant une multiplicité d'infection (MOI) précisément définie, basée sur des titres viraux fonctionnels (PFU/mL) plutôt que sur des quantités volumétriques, nous avons réussi à neutraliser les variations entre les lots, standardisant ainsi la réponse du rapporteur dans toutes les expériences indépendantes. Deuxièmement, lors de l'optimisation de ce MOI, il est important de s'assurer que le volume de l'inoculum viral n'excède pas 10 % du volume total de culture. Un excès de tampon viral peut modifier le pH et l'osmolarité du milieu de culture, ce qui pourrait induire des réponses cellulaires de stress indépendantes de la stimulation par le TGF-β.
En outre, la manipulation de plaques 384 puits pour l'imagerie à contenu élevé présente des défis techniques. Les fibroblastes NIH/3T3 sont sensibles au détachement lors des étapes de changement de milieu et de lavage. Une manipulation douce des liquides, comme l'utilisation de distributeurs automatiques à faible vitesse de dispensation ou l'inclinaison des embouts de pipette contre les parois latérales des puits, peut réduire la perte cellulaire. Afin de minimiser l'activation basale du promoteur Col1a1 et d'améliorer le rapport signal sur bruit, une privation de sérum pendant 12 à 24 h avant la stimulation par le TGF-β peut être appliquée. Lors d'acquisitions d'imagerie en temps réel séquentielles à plusieurs points temporels (par exemple, 24, 48 et 72 h), la phototoxicité cumulative et les effets liés à la liaison à l'ADN dus aux colorations répétées à l'Hoechst doivent être réduits en optimisant les conditions d'exposition ou en utilisant des plaques expérimentales parallèles pour chaque point temporel19.
Plusieurs limites de cette méthode doivent être prises en compte. Premièrement, le système repose sur une lignée cellulaire de fibroblastes immortalisés et ne représente pas pleinement l'hétérogénéité cellulaire des fibroblastes cardiaques in vivo. Deuxièmement, le rapporteur reflète l'activation transcriptionnelle de Col1a1 et ne tient pas compte de la régulation post-transcriptionnelle ni de la maturation de la matrice extracellulaire. Des adaptations futures pourraient inclure l'utilisation de fibroblastes cardiaques primaires, de systèmes de co-culture ou de modèles tridimensionnels afin d'améliorer la pertinence physiologique. En résumé, ce protocole décrit un système rapporteur adénoviral sous contrôle du promoteur de Col1a1 permettant le suivi de l'activation des fibroblastes. La méthode combine l'administration virale, la modulation pharmacologique et des dosages moléculaires complémentaires afin de permettre une analyse longitudinale et non destructive dans des cellules vivantes. Cette approche pourrait être utilisée pour le criblage de composés et l'étude des processus de signalisation fibrotique dans des conditions in vitro contrôlées.