Une nouvelle sorte de cellules souches

Emerging CAR-T immunotherapies leverage modified versions of patient's T-cells to target and kill cancer cells. In a new study, published June 28 online in Cell Stem Cell, researchers at University of California San Diego School of Medicine and University of Minnesota report that similarly modified natural killer (NK) cells derived from human induced pluripotent stem cells (iPSCs) also displayed heightened activity against a mouse model of ovarian cancer.

The findings are significant, say researchers, because NK cells may offer distinct advantages over T-cells, including the ability to safely deliver engineered NK cells in an off-the-shelf manner without patient matching.

"One of the main challenges of immunotherapy has been the clinical manufacture of modified cells," said senior author Dan Kaufman, MD, PhD, professor of medicine in the Division of Regenerative Medicine and director of cell therapy at UC San Diego School of Medicine. "We've shown that you can engineer iPSCs, create chimeric antigen receptor-expressing NK cells to better target refractory cancers that have resisted other treatments."

CAR-T cell-based immunotherapies have garnered considerable attention and investment in recent years. T-cells, a type of white blood cell, are extracted from a patient's blood, genetically modified with a chimeric antigen receptor (the CAR) to bind with a certain protein on the patient's cancer cells, grown in large numbers in a laboratory and then infused into the patient.

"NK cells offer significant advantages as they don't have to be matched to a specific patient," said Kaufman. "Additionally, one batch of iPSC-derived NK cells can be potentially used to treat thousands of patients, which means we can develop standardized, 'off-the-shelf' treatments and use these in combination with other cancer drugs."

Early testing of CAR-T therapies have shown promise -- and sometimes dramatic success -- but there are distinct limitations. First, cells must be isolated from each individual -- a process that takes significant time and money. Additionally, since T-cell therapy is designed to work only for that patient, some patients may not be able to have T cells collected, or they may not have time for this process before the tumor progresses. This means some patients who could potentially benefit will not be able to get CAR-T cell-based therapies.

Moreover, Kaufman noted CAR-T therapies have been associated with sometimes severe toxicities or adverse effects, including unexpected organ damage and death. Previous research by Kaufman and others suggest NK cells do not trigger similar toxicities -- and the latest paper found few adverse effects in mouse models.

"NK cells may just be safer to use," Kaufman said. Kaufman is now collaborating with scientists from San Diego-based Fate Therapeutics to scale up processes to progress to clinical trials.

In their research, the researchers tested CAR NK cells derived from human iPSCs in an ovarian cancer xenograft mouse model, comparing their anti-tumor activity against other versions of NK cells and CAR-T cells. The former demonstrated similar activity to CAR-T cells, but with less toxicity. Kaufman said data indicated ovarian cancer was a good first target, but that other solid tumors, such as breast cancer, brain tumors, and colon cancers, as well as blood cell cancers such as leukemias are also likely to be suitable targets of iPSC-derived NK cells.

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Les immunothérapies CAR-T émergentes tirent parti des versions modifiées des cellules T du patient pour cibler et tuer les cellules cancéreuses. Dans une nouvelle étude, publiée le 28 juin en ligne dans Cell Stem Cell, des chercheurs de l'Université de Californie San Diego School of Medicine et de l'Université du Minnesota rapportent que des cellules tueuses naturelles (NK) modifiées provenant de cellules souches pluripotentes induites (CSPi)ont une activité accrue contre un modèle murin de cancer de l' .

Les résultats sont importants, disent les chercheurs, parce que les cellules NK peuvent offrir des avantages distincts sur les lymphocytes T, y compris la capacité de délivrer en toute sécurité des cellules NK modifiées de manière standard sans adaptation du patient.

«L'un des principaux défis de l'immunothérapie a été la fabrication clinique de cellules modifiées», a déclaré Dan Kaufman, docteur en médecine, professeur de médecine à la Division de médecine régénérative et directeur de la thérapie cellulaire à l'École de médecine de San Diego. "Nous avons montré que vous pouvez concevoir des iPSC, créer des cellules NK exprimant des récepteurs d'antigène chimériques pour mieux cibler les cancers réfractaires qui ont résisté à d'autres traitements."

Les immunothérapies à base de cellules CAR-T ont suscité beaucoup d'attention et d'investissement ces dernières années. Les cellules T, un type de globules blancs, sont extraites du sang d'un patient, génétiquement modifié avec un récepteur d'antigène chimérique (CAR) pour se lier à une certaine protéine sur les cellules cancéreuses du patient, cultivées en grand nombre dans un laboratoire puis infusé dans le patient.

"Les cellules NK offrent des avantages significatifs car elles ne doivent pas être adaptées à un patient spécifique", a déclaré Kaufman. "En outre, un lot de cellules NK dérivées d'iPSC peut potentiellement être utilisé pour traiter des milliers de patients, ce qui signifie que nous pouvons développer des traitements standardisés" prêts à l'emploi "et les utiliser en combinaison avec d'autres médicaments anticancéreux."

Les tests précoces des thérapies CAR-T ont montré des résultats prometteurs - et parfois spectaculaires - mais il existe des limites distinctes. Premièrement, les cellules doivent être isolées de chaque individu - un processus qui prend beaucoup de temps et d'argent. De plus, étant donné que la thérapie par cellules T est conçue pour fonctionner uniquement pour ce patient, certains patients peuvent ne pas être capables de recueillir des lymphocytes T, ou ils peuvent ne pas avoir le temps pour ce processus avant que la tumeur ne progresse. Cela signifie que certains patients qui pourraient potentiellement en bénéficier ne pourront pas bénéficier de thérapies à base de cellules CAR-T.

De plus, Kaufman a noté que les thérapies CAR-T ont été associées à des toxicités parfois sévères ou à des effets indésirables, y compris des dommages irréversibles aux organes et la mort. Des recherches antérieures de Kaufman et d'autres auteurs suggèrent que les cellules NK ne déclenchent pas de toxicité similaire - et le dernier article a trouvé peu d'effets indésirables dans les modèles murins.

"Les cellules NK peuvent être plus sûres à utiliser", a déclaré Kaufman. Kaufman collabore maintenant avec des scientifiques de Fate Therapeutics, basés à San Diego, pour étendre les processus afin de passer aux essais cliniques.

Dans leur recherche, les chercheurs ont testé des cellules CAR NK dérivées de iPSC humaines dans un modèle de souris xénogreffe de cancer de l'ovaire, en comparant leur activité anti-tumorale contre d'autres versions de cellules NK et de cellules CAR-T. Les premières ont démontré une activité similaire aux cellules CAR-T, mais avec moins de toxicité. Kaufman a déclaré que les données indiquaient que le cancer de l'ovaire était une bonne première cible, mais que d'autres tumeurs solides, comme le cancer du , les tumeurs cérébrales et les cancers du , ainsi que les leucémies sont également des cibles appropriées pour les Cellules NK dérivées des iPSC.

Scientists from the Hebrew University of Jerusalem have generated an atlas of the human genome using a state-of-the-art gene editing technology and human embryonic stem cells, illuminating the roles that our genes play in health and disease. The scientists have reported their findings in the journal Nature Cell Biology.

Embryonic stem cells are a unique resource as they can turn into any adult cell in our bodies. Their versatile nature puts them at the center of attention in the fields of regenerative medicine, disease modeling and drug discovery. In parallel to the discovery of human embryonic stem cells, another milestone in biology was completed with the sequencing of the human genome, and the identification of the entire set of genes responsible for our genetic identity. This finding has led to a new challenge of understanding the function of the genes in the human genome. Now, the new study by scientists at the Hebrew University provides a novel tool to map the function of all human genes using human embryonic stem cells.

The researchers analyzed virtually all human genes in the human genome by generating more than 180,000 distinct mutations. To produce such a vast array of mutations, they combined a sophisticated gene-editing technology (CRISPR-Cas9 screening) with a new type of embryonic stem cells that was recently isolated by the same research group. This new type of stem cells harbors only a single copy of the human genome, instead of two copies from the mother and father, making gene editing easier thanks to the need of mutating only one copy for each gene.

The researchers show that a mere 9% of all the genes in the human genome are essential for the growth and survival of human embryonic stem cells, whereas 5% of them actually limit the growth of these cells. They could also analyze the role of genes responsible for all hereditary disorders in early human development and growth. Furthermore, they showed how cancer-causing genes could affect the growth of the human embryo.

"This gene atlas enables a new functional view on how we study the human genome and provides a tool that will change the fashion by which we analyze and treat cancer and genetic disorders," said Prof. Nissim Benvenisty, MD, PhD, Director of the Azrieli Center for Stem Cells and Genetic Research and the Herbert Cohn Chair in Cancer Research at the Hebrew University of Jerusalem, and the senior author of the study.

Another key finding of the study was the identification of a small group of genes that are uniquely essential for the survival of human embryonic stem cells but not to other cell types. These genes are thought to maintain the identity of embryonic stem cells and prevent them from becoming cancerous or turning into adult cell types.

"This study creates a new framework for the understanding of what it means to be an embryonic stem cell at the genetic level," said Dr. Atilgan Yilmaz, PhD, postdoctoral fellow and a lead author on the paper. "The more complete a picture we have of the nature of these cells, the better chances we have for successful therapies in the clinic."

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Des scientifiques de l'Université hébraïque de Jérusalem ont produit un atlas du génome humain utilisant une technologie de pointe d'édition de gènes et des cellules souches embryonnaires humaines, éclairant les rôles que jouent nos gènes dans la santé et la maladie. Les scientifiques ont rapporté leurs résultats dans la revue Nature Cell Biology.

Les cellules souches embryonnaires sont une ressource unique car elles peuvent se transformer en n'importe quelle cellule adulte dans notre corps. Leur nature polyvalente les place au centre de l'attention dans les domaines de la médecine régénérative, de la modélisation des maladies et de la découverte de médicaments. Parallèlement à la découverte de cellules souches embryonnaires humaines, un autre jalon en biologie s'est achevé avec le séquençage du génome humain et l'identification de l'ensemble des gènes responsables de notre identité génétique. Cette découverte a conduit à un nouveau défi de comprendre la fonction des gènes dans le génome humain. Maintenant, la nouvelle étude par des scientifiques à l'Université hébraïque fournit un nouvel outil pour cartographier la fonction de tous les gènes humains en utilisant des cellules souches embryonnaires humaines.

Les chercheurs ont analysé pratiquement tous les gènes humains dans le génome humain en générant plus de 180 000 mutations distinctes. Pour produire un tel éventail de mutations, ils ont combiné une technologie d'édition de gène sophistiquée (criblage CRISPR-Cas9) avec un nouveau type de cellules souches embryonnaires qui a été récemment isolé par le même groupe de recherche. Ce nouveau type de cellules souches ne contient qu'une seule copie du génome humain, au lieu de deux copies de la mère et du père, ce qui facilite l'édition des gènes grâce au besoin de ne faire qu'une seule copie pour chaque gène.

Les chercheurs montrent que seulement 9% de tous les gènes du génome humain sont essentiels à la croissance et à la survie des cellules souches embryonnaires humaines, alors que 5% d'entre eux limitent réellement la croissance de ces cellules. Ils pourraient également analyser le rôle des gènes responsables de tous les troubles héréditaires dans le développement humain précoce et la croissance. En outre, ils ont montré comment les gènes cancérigènes pouvaient affecter la croissance de l'embryon humain.

"Cet atlas génique permet une nouvelle vision fonctionnelle sur la façon dont nous étudions le génome humain et fournit un outil qui changera la façon dont nous analysons et traitons le cancer et les troubles génétiques", a déclaré le professeur Nissim Benvenisty, MD, PhD, directeur du Centre Azrieli pour les cellules souches et la recherche génétique et la Chaire Herbert Cohn de recherche sur le cancer à l'Université hébraïque de Jérusalem, et l'auteur principal de l'étude.

Une autre conclusion clé de l'étude était l'identification d'un petit groupe de gènes qui sont uniquement essentiels pour la survie des cellules souches embryonnaires humaines, mais pas pour d'autres types de cellules. On pense que ces gènes maintiennent l'identité des cellules souches embryonnaires et les empêchent de devenir cancéreuses ou de devenir des cellules adultes.

"Cette étude crée un nouveau cadre pour la compréhension de ce que signifie être une cellule souche embryonnaire au niveau génétique", a déclaré le Dr Atilgan Yilmaz, Ph.D., boursier postdoctoral et un auteur principal sur le papier. "Plus nous avons une image complète de la nature de ces cellules, plus nous avons de chances de réussir des thérapies à la clinique."

Induced pluripotent stem cells, or iPS cells, are a keystone of regenerative medicine. Outside the body, they can be coaxed to become many different types of cells and tissues that can help repair damage due to trauma or disease. Now, a study in mice from the Stanford University School of Medicine suggests another use for iPS cells: training the immune system to attack or even prevent tumors.

The results suggest it may one day be possible to vaccinate an individual with his or her own iPS cells to protect against the development of many types of cancer.

The iPS cells work as an anti-cancer vaccine because, like many cancer cells, they resemble developmentally immature progenitor cells, which are free from the growth restrictions built into mature cells that make up the body's tissues. Injecting iPS cells that genetically match the recipient, but that are unable to replicate, can safely expose the immune system to a variety of cancer-specific targets, the researchers found.

"We've learned that iPS cells are very similar on their surface to tumor cells," said Joseph Wu, MD, PhD, director of Stanford's Cardiovascular Institute and professor of cardiovascular medicine and of radiology. "When we immunized an animal with genetically matching iPS cells, the immune system could be primed to reject the development of tumors in the future. Pending replication in humans, our findings indicate these cells may one day serve as a true patient-specific cancer vaccine."

Wu is the senior author of the study, which will be published online Feb. 15 in Cell Stem Cell. Former postdoctoral scholar Nigel Kooreman, MD, is the lead author.

"These cells, as a component of our proposed vaccine, have strong immunogenic properties that provoke a systemwide, cancer-specific immune response," said Kooreman, who is now a surgery resident in the Netherlands. "We believe this approach has exciting clinical potential."

Similarities between cancer, iPS cells

To make iPS cells, researchers collect cell samples from an easily accessible source like skin or blood. The cells are then treated with a panel of genes that make them rewind their developmental clock to become pluripotent, allowing them to become nearly any tissue in the body. One key test of pluripotency is the ability of the cells to form a tumor called a teratoma, which is composed of many different cell types, after the cells are injected into animals. (IPS cells used in regenerative-medicine therapies are grown in the presence of other proteins to encourage them to specialize, or differentiate, into specific cell populations before being used clinically.)

Cancer cells also have long been known to echo many features of developmentally immature cells. As part of their cancerous transformation, they often shed the naturally occurring mechanisms that serve to block inappropriate cell division and instead begin proliferating rapidly.

Wu and Kooreman wondered exactly how closely iPS and cancer cells resemble one another. They compared the gene expression panels of the two types of cells in mice and humans and found some remarkable similarities, suggesting that these cells share proteins on their surfaces called epitopes that could serve as targets for the immune system.

To test this theory, they used four groups of mice. One was injected with a control solution, one received genetically matching iPS cells that had been irradiated to prevent the formation of teratomas, one received a generic immune-stimulating agent known as an adjuvant, and one received a combination of irradiated iPS cells and adjuvant. All animals in each group were injected once a week for four weeks. Lastly, a mouse breast cancer cell line was transplanted into the animals to observe the potential growth of tumors.

One week after transplantation, all mice were found to have developed tumors of the breast cancer cells at the injection site. Although the tumors grew robustly in the control groups, they shrank in size in 7 out of 10 mice vaccinated with iPS cells plus the adjuvant. Two of these mice were able to completely reject the breast cancer cells and live for more than one year after tumor transplantation. Similar results were obtained when Kooreman and his colleagues transplanted a mouse melanoma and mesothelioma (a type of lung cancer) cell line into mice.

Kooreman and his colleagues further found that immune cells called T cells from vaccinated mice were able to slow the growth of breast cancer cells in unvaccinated mice. Conversely, these T cells also blocked the growth of teratomas in mice injected with nonirradiated iPS cells, showing that the activated T cells were recognizing epitopes that are shared between the breast cancer cells and the iPS cells.

Putting the immune system on alert

"This approach is particularly powerful because it allows us to expose the immune system to many different cancer-specific epitopes simultaneously," Kooreman said. "Once activated, the immune system is on alert to target cancers as they develop throughout the body."

The researchers next would like to study whether the approach works in samples of human cancers and immune cells in a laboratory setting. If successful, they envision a future in which people could receive a vaccine comprised of their own irradiated iPS cells as a way to prevent the development of cancers months or years later. Alternatively, the iPS cells could potentially be used as a part of the standard of adjuvant care after primary surgery; chemotherapy or radiation therapy, or both; or immunotherapy as a way to treat established cancers.

"Although much research remains to be done, the concept itself is pretty simple," Wu said. "We would take your blood, make iPS cells and then inject the cells to prevent future cancers. I'm very excited about the future possibilities."

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Les cellules souches pluripotentes induites, ou cellules iPS, sont une clé de voûte de la médecine régénérative. En dehors du corps, ils peuvent être amenés à devenir de nombreux types de cellules et de tissus qui peuvent aider à réparer les dommages causés par un traumatisme ou une maladie. Maintenant, une étude menée chez des souris de l'école de médecine de l'Université de Stanford suggère une autre utilisation des cellules iPS: la formation du système immunitaire pour attaquer ou même prévenir les tumeurs.

Les résultats suggèrent qu'il pourrait être possible un jour de vacciner un individu avec ses propres cellules iPS pour le protéger contre le développement de nombreux types de cancer.

Les cellules iPS agissent comme un vaccin anticancéreux car, comme de nombreuses cellules cancéreuses, elles ressemblent à des cellules progénitrices immatures du développement, qui sont exemptes des restrictions de croissance intégrées dans les cellules matures qui constituent les tissus du corps. L'injection de cellules iPS qui correspondent génétiquement au receveur, mais qui sont incapables de se répliquer, peut sans risque exposer le système immunitaire à une variété de cibles spécifiques au cancer, les chercheurs ont constaté.

"Nous avons appris que les cellules iPS sont très similaires sur leur surface aux cellules tumorales", a déclaré Joseph Wu, MD, PhD, directeur de l'Institut cardiovasculaire de Stanford et professeur de médecine cardiovasculaire et de radiologie. "Lorsque nous avons immunisé un animal avec des cellules iPS génétiquement appariées, le système immunitaire pourrait être amorcé pour rejeter le développement de tumeurs dans le futur.Pendant la réplication chez l'homme, nos résultats indiquent que ces cellules pourraient un jour servir de véritable vaccin contre le cancer spécifique du patient "

Wu est l'auteur principal de l'étude, qui sera publiée en ligne le 15 février dans Cell Stem Cell. L'ancien chercheur postdoctoral Nigel Kooreman, MD, est l'auteur principal.

"Ces cellules, en tant que composant de notre vaccin proposé, ont de fortes propriétés immunogènes qui provoquent une réponse immunitaire spécifique au cancer à l'échelle du système", a déclaré Kooreman, qui est maintenant un résident de chirurgie aux Pays-Bas. "Nous croyons que cette approche a un potentiel clinique excitant."

Similitudes entre le cancer, les cellules iPS

Pour faire des cellules iPS, les chercheurs recueillent des échantillons de cellules à partir d'une source facilement accessible comme la peau ou le sang. Les cellules sont ensuite traitées avec un panel de gènes qui leur font rembobiner leur horloge de développement pour devenir pluripotentes, leur permettant de devenir presque n'importe quel tissu dans le corps. Un test clé de la pluripotence est la capacité des cellules à former une tumeur appelée tératome, qui est composée de nombreux types de cellules différentes, après que les cellules ont été injectées dans des animaux. (Les cellules IPS utilisées dans les thérapies de médecine régénérative sont cultivées en présence d'autres protéines pour les encourager à se spécialiser, ou à se différencier, en populations cellulaires spécifiques avant d'être utilisées cliniquement.)

On sait depuis longtemps que les cellules cancéreuses font écho à de nombreuses caractéristiques des cellules immatures du développement. Dans le cadre de leur transformation cancéreuse, elles éliminent souvent les mécanismes naturels qui bloquent la division cellulaire inappropriée et commencent à proliférer rapidement.

Wu et Kooreman se demandaient à quel point les cellules iPS et les cellules cancéreuses se ressemblaient. Ils ont comparé les panels d'expression génique des deux types de cellules chez la souris et l'homme et ont trouvé quelques similitudes remarquables, suggérant que ces cellules partagent des protéines sur leurs surfaces appelées épitopes qui pourraient servir de cibles pour le système immunitaire.

Pour tester cette théorie, ils ont utilisé quatre groupes de souris. Au premir groupe, on leur a injecté une solution de contrôle, le deuxième a reçu des cellules iPS génétiquement appariées qui avaient été irradiées pour empêcher la formation de tératomes, le troisième groupe un agent immunostimulant générique connu comme adjuvant, et le quatrième a reçu une combinaison de cellules iPS irradiées et d'adjuvant. Tous les animaux de chaque groupe ont été injectés une fois par semaine pendant quatre semaines. Enfin, une lignée cellulaire de cancer du sein de souris a été transplantée chez les animaux pour observer la croissance potentielle des tumeurs.

Une semaine après la transplantation, toutes les souris ont développé des tumeurs des cellules cancéreuses du sein au site d'injection. Bien que les tumeurs se soient développées de manière robuste dans les groupes témoins, elles ont rétréci en taille chez 7 souris sur 10 vaccinées avec des cellules iPS plus l'adjuvant. Deux de ces souris ont été capables de rejeter complètement les cellules du cancer du sein et de vivre plus d'un an après la transplantation tumorale. Des résultats similaires ont été obtenus lorsque Kooreman et ses collègues ont transplanté une lignée de mélanome de souris et de mésothéliome (un type de cancer du poumon) chez la souris.

Kooreman et ses collègues ont également découvert que les cellules immunitaires appelées cellules T provenant de souris vaccinées étaient capables de ralentir la croissance des cellules cancéreuses du sein chez les souris non vaccinées. Inversement, ces cellules T bloquaient également la croissance de tératomes chez des souris injectées avec des cellules iPS non irradiées, montrant que les cellules T activées reconnaissaient des épitopes qui sont partagés entre les cellules du cancer du sein et les cellules iPS.

Mettre le système immunitaire en alerte

"Cette approche est particulièrement puissante car elle nous permet d'exposer le système immunitaire à de nombreux épitopes spécifiques au cancer simultanément", a déclaré Kooreman. "Une fois activé, le système immunitaire est en alerte pour cibler les cancers à mesure qu'ils se développent à travers le corps.

Les chercheurs voudraient ensuite étudier si l'approche fonctionne dans des échantillons de cancers humains et de cellules immunitaires dans un environnement de laboratoire et s'ils sont couronnés de succès, ils envisagent un avenir dans lequel les gens pourraient recevoir un vaccin composé de cellules cancéreuses. de leurs propres cellules iPS irradiées comme moyen de prévenir le développement de cancers des mois ou des années plus tard. Les cellules iPS pourraient également être utilisées dans le cadre des soins adjuvants après une chirurgie primaire, une chimiothérapie ou une radiothérapie, ou les deux; ou comme une immunothérapie comme moyen de traiter des cancers déjà tablis.

"Bien que beaucoup de recherches restent à faire, le concept lui-même est assez simple", a dit Wu. Nous prenons votre sang, fabriquons des cellules iPS et injectons ensuite les cellules pour prévenir de futurs cancers. Je suis très excité par les possibilités futures. "

Scientists at The Scripps Research Institute (TSRI) have found a new approach to the "reprogramming" of ordinary adult cells into stem cells.

In a study published in an Advance Online paper in Nature Biotechnology, the TSRI scientists screened a library of 100 million antibodies and found several that can help reprogram mature skin-like cells into stem cells known as induced pluripotent stem cells (IPSCs).

Making IPSCs from more mature types of cells normally involves the insertions of four transcription factor genes into the DNA of those cells. The antibodies identified by the scientists can be applied to mature cells -- where they bind to proteins on the cell surface -- as a substitute for three of the standard transcription factor gene-insertions.

"This result suggests that ultimately we might be able to make IPSCs without putting anything in the cell nucleus, which potentially means that these stem cells will have fewer mutations and overall better properties," said study senior author Kristin Baldwin, associate professor in TSRI's department of neuroscience.

IPSCs can be made from patients' own cells, and have a multitude of potential uses in personalized cell therapies and organ regeneration. However, none of IPSCs' envisioned clinical uses has yet been realized, in part because of the risks involved in making them.

The standard IPSC induction procedure, developed a decade ago and known as OSKM, involves the insertion into adult cells of genes for four transcription factor proteins: Oct4, Sox2, Klf4 and c-Myc. With these genes added and active, the transcription factor proteins they encode are produced and in turn reprogram the cells to become IPSCs.

One problem with this procedure is that the viral insertion events or overproduction of the nuclear reprogramming factors may damage cell DNA in a way that turns the cell cancerous. Another is that this nuclear reprogramming typically yields a collection of IPSCs with variable properties. "This variability can be a problem even when we're using IPSCs in the laboratory for studying diseases," Baldwin said.

In contrast, during ordinary animal development, cell identity is altered by molecular signals that come in from outside the cell and induce changes in gene activity, without any risky insertions of DNA. To find natural pathways like these -- through which ordinary cells could be turned into IPSCs -- Baldwin and her laboratory teamed up with the TSRI laboratory of Richard Lerner, the Lita Annenberg Hazen Professor of Immunochemistry. Lerner has helped pioneer the development and screening of large libraries of human antibodies for finding new antibody-based drugs and scientific probes.

In this case, the team, including graduate student Joel W. Blanchard and postdoctoral research associate Jia Xie, who were lead authors, set up a library of about 100 million distinct antibodies and used it to find any that could substitute for OSKM transcription factors.

In an initial set of experiments, the researchers tried to identify antibodies that can replace both Sox2 and c-Myc. They established a large population of mouse fibroblast cells -- often used to make IPSCs in experiments -- and inserted the genes for the other two transcription factors, Oct4 and Klf4. Next they added their huge library of antibody genes to the population of cells, such that each cell ended up containing the genes for one or more of the antibodies.

The scientists could then observe which of the cells began forming stem cell colonies -- indicating that one of the antibodies produced by those cells had successfully replaced the functions of Sox2 and c-Myc and triggered the switch in cell identity. Sequencing the DNA of these cells allowed the researchers to determine the antibodies responsible.

In this way, the TSRI team discovered two antibodies that can be substituted for both Sox2 and c-Myc, and in a similar set of tests they found two antibodies that can replace a third transcription factor, Oct4. The scientists showed that instead of inserting these transcription factor genes they could simply supply the antibodies to the fibroblast cells in culture.

In this initial study, the scientists were unable to find antibodies that replace the function of the fourth OSKM transcription factor, Klf4. However, Baldwin expects that with more extensive screening she and her colleagues eventually will find antibody substitutes for Klf4 as well. "That one I think is going to take us a few more years to figure out," she said.

The antibody-screening approach in principle allows scientists not only to find antibodies that can replace OSKM transcription factors, but also to study the natural signaling pathways through which these antibodies work.

In a proof of this principle, the scientists found that one of the Sox2-replacing antibodies binds to a protein on the cell membrane called Basp1. This binding event blocks Basp1's normal activity and thus removes the restraints on WT1, a transcription factor protein that works in the cell nucleus. WT1, unleashed, then alters the activity of multiple genes, ultimately including Sox2's, to promote the stem cell state using a different order of events than when using the original reprogramming factors.

WT1 (Wilms tumor 1) is overproduced in some cancers and is considered an oncogene. That fact highlights an added value of such studies: to help scientists understand the relationship between cancer cell development and the stem cell state.

The TSRI researchers now plan larger, more complex antibody-screening studies using human cells rather than mouse cells.

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Les scientifiques du The Scripps Research Institute (TSRI) ont trouvé une nouvelle approche de la «reprogrammation» des cellules adultes ordinaires en cellules souches.

Dans une étude publiée dans un article de Advance Online dans Nature Biotechnology, les scientifiques de TSRI ont examiné une bibliothèque de 100 millions d'anticorps et ont trouvé plusieurs qui peuvent aider à reprogrammer des cellules matures de type peau dans des cellules souches connues sous le nom de cellules souches pluripotentes induites (IPSC).

Faire des IPSC à partir de types de cellules plus matures implique normalement l'insertion de quatre gènes de facteur de transcription dans l'ADN de ces cellules. Les anticorps identifiés par les scientifiques peuvent être appliqués à des cellules matures - où ils se lient à des protéines sur la surface de la cellule - en remplacement de trois des insertions de gènes classiques du facteur de transcription.

"Ce résultat suggère que, finalement, nous pourrions être en mesure de faire des IPSC sans mettre quoi que ce soit dans le noyau de la cellule, ce qui signifie potentiellement que ces cellules souches auront moins de mutations et de meilleures propriétés dans l'ensemble", a déclaré Kristin Baldwin, professeure agrégée au département de TSRI des neurosciences.

Les IPSC peuvent être fabriqués à partir de cellules propres des patients et ont une multitude d'utilisations potentielles dans les thérapies cellulaires personnalisées et la régénération organique. Cependant, aucune des utilisations cliniques envisagées par IPSC n'a encore été réalisée, en partie en raison des risques inhérents à leur réalisation.

La procédure d'induction IPSC standard, développée il y a une décennie et connue sous le nom OSKM, implique l'insertion dans des cellules adultes de gènes pour quatre protéines de facteur de transcription: Oct4, Sox2, Klf4 et c-Myc. Avec ces gènes ajoutés et actifs, les protéines du facteur de transcription qu'ils codent sont produites et, à leur tour, reprogramment les cellules pour devenir IPSC.

Un problème avec cette procédure est que les événements d'insertion virale ou la surproduction des facteurs de reprogrammation nucléaire peuvent endommager l'ADN cellulaire d'une manière qui transforme la cellule cancéreuse. Une autre est que cette reprogrammation nucléaire génère généralement une collection d'IPSC avec des propriétés variables. «Cette variabilité peut être un problème, même si nous utilisons les IPSC au laboratoire pour étudier les maladies», a déclaré M. Baldwin.

En revanche, au cours du développement animal ordinaire, l'identité cellulaire est altérée par des signaux moléculaires provenant de l'extérieur de la cellule et induisant des changements dans l'activité des gènes, sans aucune insertion risquée d'ADN. Pour trouver des voies naturelles comme celles-ci - par lesquelles les cellules ordinaires pourraient être transformées en IPSC - Baldwin et son laboratoire ont associé le laboratoire TSRI de Richard Lerner, le Professeur Lita Annenberg Hazen d'Immunochimie. Lerner a contribué au développement et au dépistage de grandes bibliothèques d'anticorps humains pour trouver de nouveaux médicaments à base d'anticorps et des sondes scientifiques.

Dans ce cas, l'équipe, y compris l'étudiant diplômé Joel W. Blanchard et l'associé de recherche postdoctorale Jia Xie, qui ont été auteurs principaux, ont mis en place une bibliothèque d'environ 100 millions d'anticorps distincts et l'ont utilisé pour trouver ceux qui pourraient remplacer les facteurs de transcription OSKM.

Dans un premier ensemble d'expériences, les chercheurs ont essayé d'identifier des anticorps qui peuvent remplacer Sox2 et c-Myc. Ils ont établi une grande population de cellules de fibroblastes de souris - souvent utilisées pour faire des IPSC dans des expériences - et a inséré les gènes pour les deux autres facteurs de transcription, Oct4 et Klf4. Ensuite, ils ont ajouté leur énorme bibliothèque de gènes d'anticorps à la population de cellules, de sorte que chaque cellule a fini par contenir les gènes pour un ou plusieurs des anticorps.

Les scientifiques pouvaient alors observer quelles cellules ont commencé à former des colonies de cellules souches - indiquant que l'un des anticorps produits par ces cellules avait remplacé avec succès les fonctions de Sox2 et c-Myc et déclenché le changement d'identité cellulaire. Le séquençage de l'ADN de ces cellules a permis aux chercheurs de déterminer les anticorps responsables.

De cette façon, l'équipe TSRI a découvert deux anticorps qui peuvent être substitués à Sox2 et c-Myc, et dans un ensemble similaire de tests, ils ont trouvé deux anticorps qui peuvent remplacer un troisième facteur de transcription, 4 oct. Les scientifiques ont montré qu'au lieu d'insérer ces gènes de facteur de transcription, ils pouvaient simplement fournir les anticorps aux cellules de fibroblastes en culture.

Dans cette étude initiale, les scientifiques ont été incapables de trouver des anticorps qui remplacent la fonction du quatrième facteur de transcription OSKM, Klf4. Cependant, Baldwin s'attend à ce que, avec un dépistage plus complet, elle et ses collègues trouveront éventuellement des substituts d'anticorps pour Klf4. "Celui-ci, je pense, va nous prendre quelques années de plus à découvrir", at-elle dit.

L'approche de dépistage des anticorps, en principe, permet aux scientifiques non seulement de trouver des anticorps qui peuvent remplacer les facteurs de transcription OSKM, mais aussi d'étudier les voies de signalisation naturelles par lesquelles ces anticorps fonctionnent.

Dans une preuve de ce principe, les scientifiques ont constaté que l'un des anticorps remplacant Sox2 se lie à une protéine sur la membrane cellulaire appelée Basp1. Cet événement de liaison bloque l'activité normale de Basp1 et supprime ainsi les contraintes sur WT1, une protéine du facteur de transcription qui fonctionne dans le noyau cellulaire. WT1, déchaîné, modifie l'activité de plusieurs gènes, en fin de compte incluant Sox2's, pour promouvoir l'état de la cellule souche à l'aide d'un ordre d'événement différent de celui de l'utilisation des facteurs de reprogrammation initiaux.

WT1 (Wilms tumor 1) est surproduit dans certains cancers et est considéré comme un oncogène. Ce fait souligne une valeur ajoutée de ces études: pour aider les scientifiques à comprendre la relation entre le développement des cellules cancéreuses et l'état des cellules souches.

Les chercheurs de TSRI prévoient maintenant des études de dépistage d'anticorps plus larges et plus complexes utilisant des cellules humaines plutôt que des cellules de souris.

mise à jour, l'article date du 25 may 2015

CD133 and CXCR4 were evaluated in the NCI-60 cell lines to identify cancer stem cell rich populations. Screening revealed that, ovarian OVCAR-3, -4 and -5 and colon cancer HT-29, HCT-116 and SW620 over expressed both proteins. We aimed to isolate cells with stem cell features sorting the cells expressing CXCR4(+)CD133(+) within ovarian cancer cell lines. The sorted population CD133(+)CXCR4(+) demonstrated the highest efficiency in sphere formation in OVCAR-3, OVCAR-4 and OVCAR-5 cells. Moreover OCT4, SOX2, KLF4 and NANOG were highly expressed in CD133(+)CXCR4(+) sorted OVCAR-5 cells. Most strikingly CXCR4(+)CD133(+) sorted OVCAR-5 and -4 cells formed the highest number of tumors when inoculated in nude mice compared to CD133(-)CXCR4(-), CD133(+)CXCR4(-), CD133(-)CXCR4(+) cells. CXCR4(+)CD133(+) OVCAR-5 cells were resistant to cisplatin, overexpressed the ABCG2 surface drug transporter and migrated toward the CXCR4 ligand, CXCL12. Moreover, when human ovarian cancer cells were isolated from 37 primary ovarian cancer, an extremely variable level of CXCR4 and CD133 expression was detected. Thus, in human ovarian cancer cells CXCR4 and CD133 expression identified a discrete population with stem cell properties that regulated tumor development and chemo resistance. This cell population represents a potential therapeutic target.

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CD133 et CXCR4 ont été évalués dans les lignées NCI-60 de cellules pour identifier les populations riches en cellules souches du cancer. Le dépistage a révélé que, le cancer de l'ovaire OVCAR-3, -4 et -5, et le cancer du côlon HT-29, HCT-116 et SW620 surexpriment les deux protéines.

Nous avons cherché à isoler les cellules avec des caractéristiques de cellules souches exprimant CXCR4 (+) et CD133 (+) dans les lignées cellulaires du cancer de l'ovaire. La population triés des cellules exprimant CD133 (+) CXCR4 (+) a démontré la plus grande efficacité dans la formation des cancers OVCAR-3, OVCAR-4 et OVCAR-5 cellules. En outre OCT4, SOX2, KLF4 et NANOG ont été fortement exprimés dans les cellules ovcar-5 CD133 (+) CXCR4 (+).

De façon encore plus frappante, CXCR4 (+) CD133 (+) des cellules OVCAR-5 et -4 ont formé le plus grand nombre de tumeurs après inoculation chez la souris nude par rapport aux cellules CD133 (-) CXCR4 (-), CD133 (+) CXCR4 (-), CD133 (-) CXCR4 (+).

Les celllules ovcar-5 CXCR4 (+) CD133 (+) étaient résistantes à la cisplatine, surexprimaient le transporteur de médicament de surface ABCG2 et migraient vers le ligand CXCR4, CXCL12.

En outre, lorsque les cellules cancéreuses d'ovaire humain ont été isolés à partir de 37 cancers ovariens primaires, un niveau extrêmement variable d'expression de CXCR4 et CD133 ont été détecté.
Ainsi, dans les cellules cancéreuses d'ovaire humain avec l'expression CXCR4 et CD133 on a identifié une population distincte avec des propriétés de cellules souches qui réglementaient le développement de la tumeur et la résistance à la chimiothérapie. Cette population de cellules représente une cible thérapeutique potentielle.

yesss ! voilà une bonne nouvelle !

Merci Denis pour toutes ces recherches que tu fais pour nous !

Researchers from Weill Cornell Medical College have identified a type of cancer stem cell that might initiate metastatic cancer, which spreads beyond the original, primary tumor site and to other locations within the body.

Les chercheurs ont identifié un type de cellules souches qui pourrait initier le cancer métastasique celui qui se répand loin de la tumeur original à d'autres locations du corps.

For the first time, scientists have revealed that the molecular profiles of these cancer stem cells are much different than those located in primary tumors.

Pour la première fois, les scientifiques ont révélé que le profil moléculaire de ces cellules souches étaient de beaucoup différent que le profil de celles demeuré dans la tumeur primaire.

The study's senior author Dr. Shahin Rafii — the Arthur B. Belfer Professor in Genetic Medicine and director of the Ansary Center for Stem Cell Therapeutics at Weill Cornell and a noted investigator at the Howard Hughes Medical Institute — believes that these findings pave the way for research into a new subset of metastatic cancer stem cells, previously unidentified.

Cette recherche pave la voie à d'autres recherches sur un nouveau type de cellules souches non encore identifiées.

It has long been thought that a protein called CD133 is produced by all cancer stem cells, which are responsible for the creation and maintenance of tumors. But now, the research team found that certain metastatic stem cells (CD133-negative) do not produce this well-known protein.

On a cru longtemps que toutes les cellules souches produisaient du CD133 une sorte de protéine mais on s'est rendu compte que certaines cellules souches n'en prosuisaient pas.

The scientists studied colon cancer cells within a mouse model to make their observations. Moving forward, the findings may spur research to identify new biomarkers, specific to metastatic cancer stem cells, which may lead to the development of drugs that target metastatic cancer.

Des cellules spécifiques aux métastases pourraient conduire au développement d'un médicament ciblant les cancers métastasiques.

The study's results were released as a special "highlighted" article in a recent issue of the Journal of Clinical Investigation.