Human induced pluripotent stem cells : an innovative model for the discovery of a new function of PCSK9 and the setup of liver organoids

Les cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC) offrent une alternative particulièrement attractive pour l ‘étude de nouvelles fonctions liées à des pathologies ainsi que la mise en place de modèles d’études innovants. C’est dans ce contexte que nous étudions un acteur clé de la régulation du métabolisme du cholestérol par les hépatocytes, PCSK9. Lors de la différenciation des hiPSC en hépatocytes, nous avons mis en évidence un rôle inattendu de PCSK9 dans les cellules indifférenciées. Grâce à l’utilisation d’outils de surexpression, d’invalidation de gène par une approche CRISPR/Cas9 ou d’hiPSC d’un patient portant des mutations pertes de fonction de PCSK9, nous avons pu mettre en évidence une action régulatrice de PCSK9 sur la voie TGFß. Cet effet serait médié par une action de PCSK9 sur la protéine DACT2, un régulateur négatif de la sous-unité R1 du récepteur au TGFßR. Les effets de PCSK9 sur DACT2 entrainent une modification de la phosphorylation de SMAD2 et subséquemment la prolifération des hiPSC. En parallèle, afin d’améliorer les fonctions hépatiques des hiPSC différenciées, nous avons mis en place une nouvelle procédure permettant d’obtenir de façon simple des organoïdes hépatiques. Pour cela les hiPSC sont mises en culture dans un hydroscaffold modifié, BIOMIMESYS®, produit par HCS Pharma dans un format 96-puits pour adapter le modèle au criblage moléculaire. Notre procédure récapitulant les étapes clés du développement hépatiques nous a permis d’obtenir des organoïdes hépatiques comprenant en plus des hépatocytes, des cellules biliaires, étoilées et endothéliales. Leur caractérisation fonctionnelle nous a permis de mettre en évidence des activités de cytochrome supérieur au modèle en 2D, ainsi qu’une excellente réponse pharmacologique suite à leur capacité à accumuler les lipides lors d'un traitement à l'amiodarone ou à l’éthanol ainsi qu’à absorber les LDL-bodipy après traitement aux statines. Notre modèle pouvant être personnalisé et automatisable, offre de nouvelles perspectives pour le criblage moléculaire à haut débit.Human induced pluripotent stem cell (hiPSC) offer an attractive alternative to study novel functions linked to diseases and to setup innovative models. In this context, we studied a key player of the hepatic cholesterol metabolism regulation, PCSK9. Upon hiPSC differentiation into hepatocyte-like cells, we found an unexpected role of PCSK9 in undifferentiated cells. Using tools such as overexpression, CRISPR/Cas9-mediated gene invalidation, and hiPSC derived from a patient carrying PCSK9 loss of functions mutations, we found a regulatory effect of PCSK9 on the TGFß pathway. This effect is mediated by DACT2, a negative regulator of the TGFßR subunit R1. Through DACT2 modulation by PCSK9, the SMAD2 phosphorylation is impacted, thus hiPSC proliferation. In parallel, to enhance hepatic cells functions generated from hiPSC, we setup a new simplified procedure to obtain liver organoïdes. hiPSC are cultured in a modified hydroscaffold, BIOMIMESYS®, produced by HCS Pharma in a 96-well format suitable for molecular screening. Our procedure, recapitulating key steps of liver development, allowed us to generate liver organoids including not only hepatocytes but also, biliary-, stellate- and endothelial-cells. Functional characterizations showed enhanced cytochrome activities compared to HLC and excellent pharmacological responses with lipid accumulation upon amiodarone or ethanol treatments and LDL-bodipy uptake upon statin treatments. As our model can be personalized and automatized, if offers a new perspective for high content molecular screening