Expansion ex vivo des cellules souches hématopoïétiques humaines par la transduction passive de l'homéoprotéine HOXB4

Ex vivo expansion of human hematopoietic stem cells by passive transduction of the HOXB4 homeoprotein

¹ Institut Cochin, Département d'Hématologie, Inserm U567, CNRS UMR 8104, Université Paris 5, Faculté de Médecine René Descartes, UM 3. Paris, F-75014 France
² Institut Gustave Roussy, Département de Biologie et de Pathologie Médicales, 39, rue Camille Desmoulins, 94805 Villejuif Cedex, France

Auteurs de correspondance : amsellem@cochin.inserm.fr fichelson@cochin.inserm.fr

Reçu : 2 Novembre 2006

Résumé

L'expansion des cellules souches hématopoïétiques (CSH) représente une étape essentielle pour l'amélioration des greffes de moelle osseuse et le développement de nouveaux protocoles de thérapie cellulaire. L'utilisation de transferts de gènes codant des facteurs de transcription est une des voies pouvant mener à une expansion cellulaire efficace. Parmi ces facteurs, l'homéoprotéine HOXB4 est particulièrement intéressante car elle permet l'expansion très importante des CSH de souris, sans induire de leucémie même à long terme. Cependant, pour éviter tout effet délétère en rapport avec le transfert stable et la transcription constitutive du gène HOXB4 dans les cellules, nous avons utilisé la propriété des homéoprotéines à traverser passivement les membranes. Nous avons montré que les CSH et les progéniteurs hématopoïétiques immatures étaient nettement amplifiées, quand ces cellules étaient co-cultivées avec une lignée cellulaire stromale génétiquement modifiée pour secréter activement HOXB4. Le caractère pluripotent des cellules ainsi amplifiées était préservé. Nous avons testé, dans un modèle comparable, le rôle de HOXB4 sur l'expansion des progéniteurs lymphoïdes : nous avons montré que les progéniteurs immatures lympho-myéloïdes et pro-T/NK ainsi que les progéniteurs NK plus matures étaient clairement amplifiés. Nous avons aussi recherché une éventuelle activité synergique entre HOXB4 et d'autres homéoprotéines telles que HOXC4. Nous avons montré que HOXC4 était capable d'induire l'expansion des progéniteurs hématopoïétiques humain in vitro de façon comparable à HOXB4. La présence simultanée des deux homéoprotéines dans les co-cultures provoquait une expansion encore plus élevée qu'avec chacune d'entre elles. Notre méthode constitue donc une base pour le développement de nouvelles stratégies en thérapie cellulaire, par l'utilisation de cellules souches amplifiées in vitro mais non modifiées génétiquement.

Abstract

Expansion of human hematopoietic stem cells (HSCs) is a challenge for cellular therapy. It currently relies on either the use of recombinant cytokines or transfer of transcription factor genes. Among these, the HOXB4 homeoprotein is of particular interest since it promotes the expansion of mouse HSCs without inducing leukemia. To prevent potential deleterious side effects associated with stable HOXB4 gene transfer into the cells, we took advantage of the ability of homeoproteins to passively pass through cell membranes. We have shown that, when co-cultured with stromal cells engineered to secrete HOXB4, human stem cells and immature progenitors clearly were expanded. This expansion was associated with enhanced stem cell repopulating capacity in vivo and maintenance of pluripotentiality. The role that HOXB4 plays on stem cell expansion has also been tested on human lymphoid progenitors. We found that our model of protein transfer was also able to induce the expansion of the immature lympho-myeloid and pro- T/NK progenitors as well as of more mature NK progenitors. We then looked for synergistic activities between HOXB4 and other homeoproteins such as HOXC4. We found that HOXC4 was able to promote the expansion of human hematopoietic cells in vitro roughly as HOXB4 did and that the presence of both HOXB4 and HOXC4 molecules induced even higher expansion levels of these cells. Our method provides a basis for developing cell therapy strategies using expanded HSCs that are not genetically modified.