Développement du foie de Plasmodium falciparum

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 4631 (2023) Citer cet article

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Le développement du parasite Plasmodium falciparum (Pf) dans le foie représente la première étape du cycle de vie chez l'hôte humain après une piqûre de moustique infecté par Pf. Bien qu’il s’agisse d’une étape intéressante pour l’interruption du cycle de vie, la compréhension de l’interaction parasite-hépatocytes est insuffisante en raison des limites des modèles in vitro existants. Nous explorons l'adéquation des organoïdes hépatocytaires (HepOrgs) pour le développement de Pf et montrons que ces cellules ont permis l'invasion parasitaire, la différenciation et la maturation de différentes souches de Pf. Le séquençage de l’ARN messager unicellulaire (scRNAseq) des cellules HepOrg infectées par Pf a identifié 80 transcrits de Pf régulés positivement au cinquième jour après l’infection. Des modifications du profil transcriptionnel impliquent des voies métaboliques distinctes dans les hépatocytes avec des transcrits du récepteur Scavenger B1 (SR-B1) fortement régulés positivement. Une nouvelle implication fonctionnelle dans la maturation des schizontes est confirmée dans des hépatocytes primaires frais. Ainsi, HepOrgs constitue une base solide pour un modèle in vitro polyvalent pour les stades hépatiques Pf, permettant des études biologiques fondamentales et le développement clinique accéléré de nouveaux outils de lutte contre le paludisme.

Le paludisme est l'une des principales maladies infectieuses dans le monde, responsable d'une charge de morbidité importante et croissante, en particulier en Afrique subsaharienne, avec 247 millions de cas et 619 000 décès en 20211. Bien que plusieurs espèces de Plasmodium puissent affecter les humains, la majorité de la charge de morbidité est causée par Plasmodium falciparum (Pf). Le paludisme est contracté par un petit nombre de parasites Pf infectieux du foie (sporozoïtes) injectés dans la peau de l'hôte humain par un moustique femelle infecté lors d'un repas de sang. En quelques heures au maximum, un certain nombre de ces sporozoïtes atteignent le foie via la circulation sanguine pour envahir les hépatocytes. Après une période cliniquement silencieuse de sept jours de réplication et de différenciation intracellulaires, chaque sporozoïte peut donner naissance à environ 10 000 parasites filles infectant le sang (mérozoïtes). Ces mérozoïtes sont libérés par les hépatocytes rompus dans la circulation sanguine où ils commencent leur cycle de 48 heures de réplication asexuée dans les globules rouges en circulation, responsables de la maladie clinique.

Compte tenu du faible nombre de sporozoïtes injectés, cette phase précoce de l’infection de l’hôte humain représente une étape relativement vulnérable et critique du cycle de vie du parasite avant que d’importantes charges de parasites ne soient générées pendant le paludisme au stade sanguin. Par conséquent, la disponibilité de médicaments et/ou de vaccins très efficaces ciblant ces stades parasitaires-foie serait un atout majeur pour le contrôle et l’élimination du paludisme. Un facteur contributif majeur est le manque de compréhension de la biologie fondamentale de l’interaction dynamique entre les parasites en développement dans les hépatocytes envahis. La meilleure approche consiste à effectuer une enquête non biaisée sur le transcriptome/protéome de l’hôte et du parasite au cours d’un processus d’infection. L’une des principales pierres d’achoppement est l’absence de cultures représentatives de cellules hépatiques in vitro englobant le développement complet de Pf. Des hépatocytes humains primaires cryoconservés ont été utilisés mais souffrent d'une tolérance variable et faible, fournissant un matériel insuffisant pour une telle analyse2. Alternativement, l’accès et la disponibilité des hépatocytes humains primaires fraîchement isolés sont limités. Les hépatocytes provenant des deux sources ne peuvent être maintenus en culture que pendant un nombre limité de jours. Enfin, l'utilisation de lignées cellulaires hépatiques, y compris HC-04, est principalement limitée à l'examen des premiers événements d'interaction parasite-hépatocytes (c'est-à-dire traversée et invasion), bien que leur développement complet ait été rapporté.

Les organoïdes sont des structures tridimensionnelles dérivées de cellules souches ou de tissus primaires et récapitulant les principaux aspects architecturaux et fonctionnels de l'organe/du tissu étudié. Lorsqu’elles sont dérivées de cellules souches adultes, ces structures in vitro peuvent être développées sur de longues périodes4. Nous avons récemment établi un protocole pour cultiver des organoïdes à partir d'hépatocytes humains5. Ces organoïdes peuvent être établis à partir d’hépatocytes uniques et cultivés pendant plusieurs mois, tout en conservant les caractéristiques morphologiques, fonctionnelles et d’expression génique clés. Les profils transcriptionnels des organoïdes ressemblent à ceux des hépatocytes en prolifération après hépatectomie partielle. Les organoïdes hépatocytaires humains (HepOrgs) prolifèrent largement après la greffe chez la souris. Nous avons observé une corrélation inverse entre l'âge du donneur et la durée de la phase d'expansion exponentielle. En fait, les hépatocytes fœtaux produisent des lignées organoïdes qui peuvent être étendues indéfiniment, tout en ressemblant étroitement aux hépatocytes primaires (HuHeps)6.