Effet de l’âge cellulaire sur le métabolisme

Cette étude a particulièrement permis de mettre en évidence l’impact du nombre de passages cellulaire sur le métabolisme des cellules souches de la gelée de Wharton. Comme les propriétés immunosuppressives des cellules diminuent avec le nombre de passages (Weiss et al., 2008), il est nécessaire de quantifier dans un premier temps l’impact du nombre de passages sur le métabolisme. L’effet observé le plus évident est le ralentissement de la croissance cellulaire avec l’augmentation du nombre de passages, en accord avec une étude précédente de Kang et al. (Kang et al., 2004). Ce ralentissement de croissance est dû à une sénescence des cellules liée aux passages successifs (Książek, 2009). Or le taux de croissance cellulaire est le moteur du métabolisme et aura un impact sur la consommation et la production de l’ensemble des métabolites. Cela se retrouve mathématiquement avec le taux de croissance cellulaire 𝑣𝑔𝑟𝑜𝑤𝑡ℎ qui

est présent dans toutes nos équations de régulation de la concentration des métabolites. Cette différence de croissance entre les différents passages a donc inévitablement un impact sur l’ensemble du métabolisme cellulaire. Il devient donc nécessaire de quantifier ces modifications pouvant ajouter un biais à la recherche de biomarqueurs immunosuppressifs.

À l’aide de la modélisation du métabolisme cellulaire et de la mise en évidence des paramètres sensibles, la différence de croissance cellulaire ainsi que les différences moins triviales entre le nombre de passages de culture ont pu être mises en lumière. Ainsi, même si les cultures cellulaires n’ont duré que 72 h, temps au bout duquel les cellules du passage 4 (P4) atteignent la confluence, les simulations ont été prolongées jusqu’à 135 h, permettant de prédire le comportement des cellules P9. Il a ainsi été mis en évidence, par simulations, le possible

caractère limitant du tryptophane extracellulaire, acide aminé essentiel, pour les deux cultures, conduisant à un arrêt de la croissance à 80 h et à 110 h pour les cellules en passages 4 et 9 respectivement. Il serait donc intéressant de poursuive cette étude en faisant une culture cellulaire avec ajout de tryptophane dans le milieu de culture afin d’éviter que sa concentration ne tombe à des seuils trop bas. Cependant, le modèle métabolique ne prend pas en compte les effets stériques et mécaniques dus à la confluence cellulaire. L’ajout de tryptophane n’aurait donc pas forcément d’impact sur la fin de la croissance cellulaire qui serait induite par des gènes stériques. En effet, lors de la confluence cellulaire, les cellules sont soumises à des contraintes mécaniques conduisant à une mort cellulaire de plus en plus importante. Les cellules n’auront plus l’espace pour se diviser ou adhérer sur la plaque de culture. De plus, les cellules, en mourant, secrètent des signaux cellulaires chimiques pouvant entrainer une réaction en chaîne d’apoptoses cellulaires. Outre la différence concernant la croissance cellulaire, cette étude a également mis en évidence des différences sur le métabolisme énergétique des WJMSC. En effet, les cellules P9 ont un cycle de régénération en ATP très rapide, majoritairement alimenté par le cycle TCA contrairement aux cellules P4 qui réussissent à avoir une forte croissance tout en fournissant de l’ATP en plus faible quantité et principalement via la glycolyse. D’ailleurs, Varum et al. ont montré par analyse de la quantité d’ATP, la production de lactate et le taux de consommation d’oxygène, que les cellules humaines pluripotentes subvenaient à leurs besoins énergétiques principalement grâce à la glycolyse (Varum et al., 2011). Cela confirme donc le métabolisme des cellules P9 qui diffère de celui des cellules souches saines, dû à leur sénescence. De plus, cette étude a montré que les cellules P4 avaient une meilleure tolérance au stress oxydatif que les cellules P9, par observation du ratio AMP sur ATP. Comme expliqué par Hardie et al. (Hardie & Hawley, 2001), une plus grande sensibilité au stress pourrait conduire à l’activation de l’AMP-activated protein kinase (AMPK) possiblement responsable du ralentissement de la croissance cellulaire et l’activation du cycle TCA chez les cellules P9. Afin de valider ce résultat, il serait intéressant de vérifier si l’activité de l’AMPK est bien supérieure chez les cellules P9.

Même si les cellules de passage 4 n’étaient pas significativement différentes des cellules de passage 9 au niveau des résultats de la MLR, cette étude a montré que les cellules P4 possédaient néanmoins certaines caractéristiques métaboliques propres aux cellules immunosuppressives. En effet, leur cycle de l’urée est plus actif que les cellules P9 et leur consommation de tryptophane, dû à la densité cellulaire, est plus élevée même si leur flux de consommation de tryptophane par

cellules est plus faible que les cellules P9. Ces quelques données soulignent le fait que les cellules de passage 4 n’ont pas encore perdu la totalité de leurs propriétés immunosuppressives mais sont déjà trop vieilles pour être significativement différentes des cellules P9. Il aurait été intéressant de pouvoir réaliser la même expérience mais avec des cellules de passages inférieurs à 4. Cependant les contraintes des expériences réalisées obligent un fort nombre de cellules et donc une amplification jusqu’à 4 passages. Il serait donc intéressant d’utiliser des cellules souches conservant leurs propriétés immunosuppressives à un passage supérieur ou égal à 4 ou de développer des méthodes d’analyses de métabolites intracellulaire plus performante et nécessitant une moins grande quantité de cellules. De plus, ce résultat suggère le grand besoin d’améliorer les protocoles de culture afin que se conserve le caractère immunosuppressif des cellules par le besoin d’amplification minimale avant injection chez un patient.