Renal Cysts formation : study on the organization and dynamics of 3D biomimetic cellular models for polycystic disease
Formation de kystes rénaux : étude de l'organisation et de la dynamique de modèles cellulaires de polykystose dans des environnements 3D biomimétiques
Résumé
ADPKD (Autosomal dominant polycystic kidney disease) is a hereditary nephropathy that affects one person out of every 1000, wherein the development of numerous kidney cysts leads to renal failure in adulthood. 80% of PKRAD cases are due to a heterozygous mutation in the PKD1 gene, which encodes a protein in the primary cilium believed to be involved in the sensing of flow and light pressure within the nephrons. It is thought to contribute to the maintenance of the functional geometry of the nephrons. Somatic mutations localized in specific cells result in the loss of functional protein and disrupt this balance locally. Poorly understood mechanisms, possibly related to obstructions of still healthy channels by neighboring cysts, then contribute to the propagation of cysts in the kidney and lead to an exponential progression of the disease after a long dormant phase. In order to better understand the dynamics of cystogenesis, we have developed a kidney-on-a-chip that replicates the geometry of packed nephron sections using tubes embedded in collagen. These tubes are also perfusable, allowing us to mimic the luminal hydrodynamic stresses of the nephrons, thus providing one of the most faithful in vitro models of the kidney. After seeding this device with ADPKD model cell lines derived from the proximal tube and collecting duct, this chip allows us to study phenomena of dilation and competition that occur during cyst formation. It was thus observed that the tube significantly dilated with cells lacking Pkd1 compared to those still expressing this gene. Furthermore, when in competition within the tubes, the former tend to outcompete the latter, as has been described in vivo. Subsequently, we investigated the impact of physiological or pathological intraluminal flows and pressures on these phenomena of cell dilation and competition.
La PKRAD est une néphropathie héréditaire qui atteint une personne sur 1000, dans laquelle le développement de nombreux kystes rénaux entraîne une insuffisance rénale à l’âge adulte. 80% des PKRAD sont dues à une mutation hétérozygote sur le gène PKD1, codant pour une protéine du cil primaire qui serait impliquée dans la détection de flux et de pression luminale dans les néphrons. Elle participerait ainsi au maintien de la géométrie fonctionnelle des néphrons. Des mutations somatiques localisées entraînent la disparition de la protéine fonctionnelle dans quelques cellules et rompent localement cet équilibre. Des mécanismes mal identifiés, possiblement liés à des obstructions de canaux encore sains par des kystes voisins, participent ensuite à la propagation des kystes dans le rein et entraînent une progression exponentielle de la maladie après une longue phase de dormance. Pour mieux comprendre la dynamique de la kystogénèse, nous avons développé un rein-sur-puce reproduisant avec des tubes dans du collagène la géométrie de sections de néphrons empaquetés. Ces tubes sont de plus perfusables, permettant de mimer les contraintes luminales d’ordre hydrodynamique des néphrons, nous offrant ainsi un des modèles in vitro les plus fidèles du rein. Après avoir ensemencée ce dispositif de lignées cellulaires modèle de la PKRAD issues du tube proximal et du canal collecteur, cette puce permet d’étudier des phénomènes de dilatations et de compétition ayant lieu lors de la formation des kystes. C’est ainsi que nous avons observé une dilatation significative du tube avec des cellules dépourvues de Pkd1 comparativement à celles qui expriment encore ce gène. Par ailleurs, mises en compétition dans les tubes, les premières tendent à prendre le dessus sur les secondes, comme cela a pu être décrit in vivo. Nous nous sommes par la suite intéressés à l'impact de flux et pressions physiologique ou pathologiques intraluminales sur ces phénomènes de dilation et de competition cellulaire. Ces expériences pourraient permettre d'éclaircir l'impact de telles contraintes mécaniques sur la formation des kystes.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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