La recherche Cedars-Sinai est la première à découvrir des changements liés à la maladie dans la cornée et propose des approches thérapeutiques potentielles pour corriger la cicatrisation des plaies diabétiques.
Résumé Objectifs/hypothèses Le diabète est associé à des modifications épigénétiques, notamment la méthylation de l’ADN et les modifications des miARN. Les complications diabétiques de la cornée peuvent provoquer des défauts épithéliaux persistants et des problèmes de cicatrisation des plaies dus au dysfonctionnement des cellules souches épithéliales limbiques (LESC). Dans cette étude, nous avions pour objectif de découvrir des altérations épigénétiques dans les cellules épithéliales limbiques humaines (LEC) diabétiques et non diabétiques enrichies en LESC et d’identifier de nouveaux marqueurs diabétiques qui peuvent être ciblés pour une thérapie visant à normaliser la cicatrisation et l’expression des plaies épithéliales cornéennes. de cellules souches. Méthodes Les cellules épithéliales limbiques humaines (LEC) étaient des cornées isolées ou cultivées en organes obtenues à partir d’yeux d’autopsie de donneurs non diabétiques (59,87 ± 20,89 ans) et diabétiques (71,93 ± 9,29 ans). Les groupes n’étaient pas statistiquement différents en termes d’âge. L’ADN a été extrait du LEC pour l’analyse de méthylation à l’aide d’Illumina Infinium 850K MéthylationEPIC BeadChip et la protéine a été extraite pour l’analyse du réseau de phosphores Wnt. La cicatrisation des plaies a été étudiée à l’aide d’un test par grattage sur des plaies au LEC ou au 1-heptanol sur des cornées cultivées en organes. Les cornées cultivées provenant d’organes et de LEC ont été transfectées avec un siARN WNT5A, un mimique miR-203a ou un inhibiteur de miR-203a ou traitées avec du Wnt-5a recombinant (200 ng/ml), de la zébularine, un inhibiteur de la méthylation de l’ADN (1 à 20 µmol/l) ou des nanobioconjugués biodégradables. (NBC) basés sur un échafaudage d’acide polymalique contenant un oligonucléotide antisens (AON) pour miR-203a ou un contrôle AON brouillé (15 à 20 µmol/l). Résultats Il y avait une méthylation différentielle significative de l’ADN entre les LEC diabétiques et non diabétiques. Le promoteur WNT5A était hyperméthylé dans les LEC diabétiques, accompagné d’une protéine Wnt-5a nettement diminuée. Le traitement des cellules épithéliales limbiques humaines (LEC) diabétiques et des cornées cultivées dans des organes avec du Wnt-5a exogène a accéléré la cicatrisation des plaies de 1,4 fois (p < 0,05) et de 37 % (p < 0,05), respectivement. , et a augmenté l’expression du LESC et du marqueur diabétique. Le traitement par Wnt-5a dans les cellules épithéliales limbiques humaines (LEC) diabétiques a augmenté la phosphorylation des membres de la voie non canonique dépendante du Ca2+ (phospholipase Cγ1 et protéine kinase Cβ ; de 1,15 fois [p<0,05] et de 1,36 fois [p<0,05 ], respectivement). Dans les LEC diabétiques, le traitement à la zébularine a augmenté les taux de Wnt-5a de 1, 37 fois (p <0, 01) et a stimulé la cicatrisation des plaies de manière dose-dépendante, avec une augmentation de 1, 6 fois (p < 0, 01) après 24 h. En outre, la zébularine a également amélioré la cicatrisation des plaies de 30 % (p < 0,01) dans les cornées cultivées à partir d’organes diabétiques et a augmenté l’expression des marqueurs LESC et diabétiques. La transfection de ces cellules avec le siARN WNT5A a supprimé la stimulation de la cicatrisation des plaies par la zebularine, ce qui suggère que son effet était principalement dû à l’inhibition de l’hyperméthylation de WNT5A. Le traitement des cellules épithéliales limbiques humaines (LEC) cornéennes et diabétiques cultivées en organes avec NBC a amélioré la cicatrisation des plaies de 1,4 fois (p < 0,01) et de 23,3 % (p < 0,05), respectivement. avec une expression plus élevée des marqueurs LESC et diabétiques. Conclusions/interprétation Nous fournissons le premier compte rendu des changements épigénétiques dans les cornées diabétiques, notamment la double inhibition de WNT5A par la méthylation de l’ADN et l’action des miARN. Dans l’ensemble, Wnt-5a est un nouveau stimulateur de cicatrisation de l’épithélium cornéen qui peut être utilisé pour améliorer la cicatrisation des plaies et les cellules souches de la cornée diabétique. |
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Les chercheurs de Cedars-Sinai ont fourni de nouvelles informations sur la façon dont le diabète ralentit la cicatrisation des plaies oculaires, identifiant pour la première fois deux changements dans la cornée liés à la maladie.
Les résultats, publiés dans la revue à comité de lecture Diabetologia , ont également identifié trois voies thérapeutiques qui ont inversé ces changements et restauré partiellement la fonction de cicatrisation de la cornée, une découverte qui pourrait à terme éclairer de nouveaux traitements contre le diabète.
"Nous avons constaté que le diabète induit plus de changements cellulaires que nous ne le pensions auparavant", a déclaré Alexander Ljubimov, PhD, directeur du programme oculaire à l’Institut des gouverneurs de médecine régénérative Cedars-Sinai et auteur principal de l’article. "La découverte n’affecte pas la séquence génétique, mais implique des modifications spécifiques de l’ADN qui modifient l’expression des gènes, appelées altérations épigénétiques."
Aux États-Unis, plus de 37 millions de personnes, soit 11 % de la population, souffrent de diabète, un trouble systémique pouvant entraîner une maladie rénale, une maladie cardiaque, des amputations, des accidents vasculaires cérébraux et des lésions nerveuses. La plupart des médicaments contre le diabète sont conçus pour augmenter la tolérance au glucose ou fournir une insuline appauvrie, mais ne traitent pas les changements moléculaires et cellulaires ni leurs complications associées.
La nouvelle recherche identifie également pour la première fois un rôle important pour Wnt-5a, une protéine de signalisation sécrétée que les chercheurs ont trouvée responsable de la cicatrisation des plaies de la cornée et du fonctionnement des cellules souches, des cellules capables de se différencier en de nombreux types de cellules. cellules.
"Les traitements actuels ne traitent que les symptômes, il est donc urgent de comprendre les mécanismes moléculaires des problèmes de cicatrisation des plaies liés au diabète", a déclaré Ruchi Shah, PhD, scientifique du laboratoire de Ljubimov et premier auteur de l’étude. . "Comprendre ce nouveau mécanisme de cicatrisation des plaies régulé épigénétiquement pourrait conduire à des traitements thérapeutiques qui pourraient aider les patients à éviter d’autres problèmes de santé oculaire à long terme."
Bien que l’attention portée aux maladies oculaires diabétiques porte en grande partie sur la rétine, jusqu’à 70 % des patients diabétiques souffrent de problèmes cornéens.
Dans le diabète avancé, les cellules souches cornéennes deviennent dysfonctionnelles et la cornée guérit plus lentement et moins complètement après une blessure ou des procédures telles que la chirurgie de la cataracte et le traitement au laser de la rétinopathie diabétique.
Pour identifier les changements épigénétiques découverts dans cette étude, changements qui ne sont pas intégrés dans le génome dès la naissance mais ont été introduits plus tard, Ljubimov et son équipe ont comparé les cellules des cornées de six patients diabétiques avec celles de cinq donneurs sains. Ils ont découvert que dans les cornées diabétiques, le produit protéique du gène WNT5A était réprimé. De plus, dans les échantillons diabétiques, ils ont constaté une augmentation du microARN qui inhibe WNT5A.
L’équipe de scientifiques a ensuite provoqué des lésions sur des cellules cornéennes cultivées et des cultures d’organes cornéens, et a testé trois interventions conçues pour normaliser l’expression de la protéine Wnt-5a. Ils ont ajouté directement la protéine Wnt-5a ; introduit un inhibiteur de méthylation de l’ADN, initialement approuvé pour traiter le cancer ; et des niveaux de microARN ciblés avec une nouvelle approche de thérapie génique utilisant un composé à l’échelle nanométrique. L’équipe a développé le composé, qui utilise des molécules synthétiques pour bloquer les microARN, comme substitut à une thérapie génique virale qu’ils ont trouvée toxique pour les cellules souches.
Les trois méthodes thérapeutiques, dans les échantillons diabétiques, ont stimulé la production de marqueurs de cellules souches et amélioré la régénération des tissus, accélérant ainsi la cicatrisation des plaies.
"De nouvelles thérapies visant à inverser les effets épigénétiques pourraient améliorer la fonction cornéenne et pourraient également être significatives dans d’autres complications diabétiques", a déclaré Clive Svendsen, PhD, directeur du conseil d’administration de l’Institut de médecine régénérative et co-auteur de l’étude. « Ce travail contribue certainement à faire progresser le domaine. »
Les chercheurs continueront d’analyser leurs données pour mieux comprendre les mécanismes de WNT5A et d’autres gènes liés à la cicatrisation des plaies. Ils étudient également une thérapie combinée pour cibler à la fois la méthylation des microARN et de l’ADN, dans l’espoir qu’elle normalise plus complètement la cicatrisation des plaies en augmentant la protéine Wnt-5a.
"Notre objectif est de développer des médicaments topiques à libération prolongée pour la cicatrisation des plaies cornéennes", a déclaré Ljubimov. « Les médicaments qui sont approuvés par la FDA [Food and Drug Administration] et qui pourraient être facilement appliqués pourraient constituer l’une des approches les plus prometteuses pour de futures thérapies efficaces. »
Financement : Ce travail a été soutenu par les numéros de subvention R01EY013431482, R01EY031377, R01EY025377 et R01CA206220 des National Institutes of Health ; et l’Institut du Conseil des gouverneurs de Cedars-Sinai pour la médecine régénérative.
