Une découverte des NIH fait la lumière sur les tissus visés par la dégénérescence maculaire liée à l’âge et d’autres maladies.
Des chercheurs ont identifié des différences distinctes entre les cellules composant un tissu de la rétine qui est vital pour la perception visuelle humaine. Les scientifiques du National Eye Institute (NEI) ont découvert cinq sous-populations d’épithélium pigmentaire rétinien (EPR) – une couche de tissu qui nourrit et soutient les photorécepteurs de la rétine qui détectent la lumière. À l’aide de l’intelligence artificielle, les chercheurs ont analysé des images de l’EPR à une résolution unicellulaire pour créer une carte de référence qui localise chaque sous-population dans l’œil. Un rapport sur cette recherche a été publié le 6 mai 2022 dans la revue suivante Proceedings of the National Academy of Sciences.
” Ces résultats fournissent un cadre inédit pour comprendre les différentes sous-populations de cellules EPR et leur vulnérabilité aux maladies rétiniennes, et pour développer des thérapies ciblées pour les traiter “, a déclaré Michael F. Chiang, M.D., directeur du NEI, qui fait partie des National Institutes of Health.
“Les résultats nous aideront à développer des thérapies cellulaires et géniques plus précises pour des maladies oculaires dégénératives spécifiques”, a déclaré le chercheur principal de l’étude, Kapil Bharti, Ph.D., qui dirige la section de recherche translationnelle sur les cellules oculaires et souches du NEI.
Grâce à l’intelligence artificielle, les chercheurs ont analysé les EPR de neuf donneurs et ont identifié cinq sous-populations d’EPR. Ces populations se situent le long d’un spectre en termes de surface cellulaire, de rapport d’aspect, d’hexagonalité et de nombre de voisins. Les EPR fovéaux (P1), nécessaires à la vision centrale, ont tendance à être des hexagones parfaits et sont serrés les uns contre les autres. Les EPR périphériques (P5) sont des hexagones moins parfaits et sont plus étalés. Crédit : Davide Ortolan, Ph.D.
Lorsque la lumière frappe les photorécepteurs à bâtonnets et à cônes qui tapissent la rétine au fond de l’œil, la vision commence. Une fois déclenchés, les photorécepteurs transmettent des signaux via un réseau complexe d’autres neurones rétiniens qui convergent vers le nerf optique avant de se diriger vers d’autres régions du cerveau. L’EPR est une monocouche qui se trouve à une cellule sous les photorécepteurs.
L’âge et la maladie peuvent déclencher des altérations métaboliques dans les cellules de l’EPR, ce qui peut contribuer à la dégradation des photorécepteurs. L’effet de ces modifications de l’EPR sur la vision varie considérablement en fonction de la gravité et de la localisation des cellules de l’EPR dans la rétine. La dégénérescence rétinienne tardive (RDL), par exemple, affecte principalement la rétine périphérique et donc la vision périphérique. La dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA), l’une des principales causes de perte de vision, endommage principalement les cellules de l’EPR dans la macula, qui sont essentielles à la vision centrale.
Bharti et ses collègues ont cherché à déterminer s’il existe différentes sous-populations d’EPR qui pourraient expliquer le large éventail de phénotypes de maladies rétiniennes.
Les scientifiques expliquent plus en détail les EPR et ce que montre la carte à résolution unicellulaire. Crédit : National Eye Institute
L’équipe a utilisé l’intelligence artificielle (IA) pour analyser la morphométrie des cellules de l’EPR, c’est-à-dire la forme et les dimensions extérieures de chaque cellule. Ils ont entraîné un ordinateur à l’aide d’images d’EPR marquées par fluorescence pour analyser l’ensemble de la monocouche d’EPR humaine provenant de neuf donneurs cadavériques sans antécédents de maladie oculaire significative.
Les caractéristiques morphométriques ont été calculées pour chaque cellule de l’EPR – en moyenne, environ 2,8 millions de cellules par donneur ; 47,6 millions de cellules ont été analysées au total. L’algorithme a évalué la surface de chaque cellule, son rapport d’aspect (largeur/hauteur), son hexagone et le nombre de ses voisins. Des études antérieures ont suggéré que la fonction de l’EPR est liée à l’étanchéité des jonctions cellulaires ; plus elles sont serrées, mieux c’est pour indiquer la santé cellulaire.
Ils ont identifié cinq sous-populations uniques de cellules EPR, classées P1-P5, sur la base de la morphométrie et les ont regroupées en anneaux concentriques autour de la fovéa, qui est le centre de la macula et la zone la plus sensible à la lumière de la rétine. Comparé à l’EPR périphérique, l’EPR fovéal est parfaitement hexagonal et plus compact, avec un plus grand nombre de cellules voisines.
De façon inattendue, ils ont découvert que la rétine périphérique contient un anneau de cellules d’EPR (P4) avec une zone cellulaire très similaire à celle de l’EPR dans et autour de la macula.
“La présence de la sous-population P4 met en évidence la diversité au sein de la périphérie de la rétine, ce qui suggère qu’il pourrait y avoir des différences fonctionnelles entre les EPR que nous ignorons actuellement”, a déclaré le premier auteur de l’étude, Davide Ortolan, Ph.D., un chercheur de la section de recherche translationnelle sur les cellules oculaires et les cellules souches du NEI. “De futures études sont nécessaires pour nous aider à comprendre le rôle de cet élément de l’écosystème.sous-population.”
Ensuite, ils ont analysé l’EPR de cadavres atteints de DMLA. L’EPR fovéal (P1) avait tendance à être absent en raison des dommages causés par la maladie, et les différences entre les cellules des sous-populations P2-P5 n’étaient pas statistiquement significatives. Dans l’ensemble, les sous-populations d’EPR de la DMLA avaient tendance à être allongées par rapport aux cellules d’EPR non affectées par la DMLA.
Pour vérifier davantage l’hypothèse selon laquelle différentes dégénérescences rétiniennes affectent des sous-populations d’EPR spécifiques, ils ont analysé des images d’autofluorescence du fond d’œil à ultra-large champ provenant de patients atteints de choroïdérémie, de L-ORD ou d’une dégénérescence rétinienne sans cause moléculaire identifiée. Bien que ces études aient été menées à un seul moment, elles ont néanmoins démontré que différentes sous-populations d’EPR sont vulnérables à différents types de maladies dégénératives de la rétine.
“Dans l’ensemble, les résultats suggèrent que l’IA peut détecter les changements de morphométrie des cellules de l’EPR avant le développement d’une dégénérescence visiblement apparente”, a déclaré M. Ortolan.
Les changements morphométriques liés à l’âge peuvent également apparaître dans certaines sous-populations d’EPR avant d’être détectables dans d’autres. Ces résultats contribueront à éclairer les futures études utilisant des technologies d’imagerie non invasives, telles que l’optique adaptative, qui permettent de résoudre les cellules rétiniennes avec un niveau de détail sans précédent et qui pourraient être utilisées pour prédire les changements de santé des EPR chez les patients vivants.
Référence : “Single-cell-resolution map of human retinal pigment epithelium helps discover subpopulations with differential disease sensitivity” par Ortolan D, Sharma R, Volkov A, Maminishkis A, Hotaling NA, Huryn LA, Cukras C, Di Marco S, Bisti S et Bharti K, 6 mai 2022, Actes de l’Académie nationale des sciences.
DOI : 10.1073/pnas.2117553119
Cette étude a été financée par le programme de recherche intra-muros du NEI.
