Souris humanisée

Une souris humanisée est une souris génétiquement modifiée qui possède des gènes, des cellules, des tissus et/ou des organes humains fonctionnels^[1]. Les souris humanisées sont utilisées comme modèles pour étudier gènes, organes et pathologies d'origine

humaine, mais aussi pour tester des médicaments destinés aux humains^[2].

Une souris humanisée, ou modèle de souris humanisée, est une souris ayant subi une xénotransplantation de cellules humaines et/ou ayant été modifiée pour exprimer des produits de gènes humains, afin d’être utilisée pour obtenir des informations pertinentes dans un contexte in vivo pour la compréhension de la physiologie et des pathologies spécifiques à l’homme^[3].

Plusieurs processus biologiques humains ont été étudiés à l’aide de modèles animaux tels que les rongeurs et les primates non humains. En particulier, les petits animaux comme les souris présentent des avantages pour ces études en raison de leur petite taille, de leur cycle reproductif court, de leur facilité de manipulation, ainsi que de leurs similitudes génomiques et physiologiques avec l’être humain ; de plus, ces animaux peuvent être facilement modifiés génétiquement.Néanmoins, il existe plusieurs divergences entre ces systèmes animaux et ceux de l’homme, notamment en ce qui concerne les composants du système immunitaire. Pour surmonter ces limitations et exploiter pleinement le potentiel des modèles animaux, permettant aux chercheurs d’obtenir une vision claire de la nature et de la pathogenèse des réponses immunitaires dirigées contre des agents pathogènes spécifiques à l’homme, des modèles de souris humanisées ont été développés. Ces modèles de souris sont également devenus un élément essentiel de la recherche biomédicale préclinique^[4].

Un modèle animal est un substitut pour les recherches en biologie humaine en raison des restrictions logistiques et éthiques liées à l'utilisation des échantillons biologiques provenant de donneurs humains (restrictions qui sont aussi étendues à l'utilisation des primates non humains, dont l'interdiction de l'utilisation du chimpanzé en Europe et aux Etats-Unis^[5]). Les souris et les rats sont donc des modèles largement utilisés en raison : de leur petite taille (facilité d'élevage et de manipulation), de leur cycle court de reproduction, des points communs des propriétés génomiques et physiologiques avec les humains, enfin de leur facilité d'être génétiquement modifiés^[6].

Cependant, ces modèles souris ou rats ont leurs limites : par exemple, les systèmes immunitaires innés murin et humain présentent de nombreuses différences dont les réponses aux médicaments et agents pathogènes spécifiques aux humains. Pour combler cette lacune, il était nécessaire d'avoir de meilleurs modèles de petits animaux plus proches de la biologie humaine, en créant des souris « humanisées »^[6].

À partir des années 1980, l'obtention de lignées de souris génétiquement immunodéficientes est en amélioration continue, dont l'obtention de souris porteuses d'une mutation dite Il2rg (en) gravement immunodéficientes (dépourvues de cellules immunitaires indispensables). Dans les années 2000, ces souris ont été humanisées en supportant la greffe de cellules souches immunitaires humaines, ce qui génère des souris avec un système immunitaire humain fonctionnel^[5],[6].

Des cellules ou le fragment d’un organe provenant d’une ébauche embryonnaire humaine sont transplantés dans une souris immunodéficiente. Il existe plusieurs approches générales^[6] :

1. Modèle Hu-PLB-SCID : par injection de leucocytes matures de sang périphérique humain. Ce modèle permet une greffe des lymphocytes T CD3 humains à la fin de la première semaine, mais la fenêtre expérimentale est courte car la greffe est rejetée dans les 8 semaines par réaction du greffon contre l'hôte.
2. Modèle Hu-SRC-SCID : par injection de cellules souches humaines provenant de moelle osseuse, de sang de cordon ombilical ou de foie fœtal. Ce modèle permet de développer un système immunitaire humain complet chez la souris, mais différencié par le thymus murin.
3. Modèle BLT : par transplantation de foie et thymus fœtaux humains et injection de cellules souches hépatiques. L'animal développe un système immunitaire humain complet, différencié par thymus humain. La fenêtre temporelle expérimentale est limitée par un syndrome de dépérissement.

Pour le modèle BLT, la souris est préalablement irradiée pour détruire toute immunité innée restante de l'animal^[5].

Chaque modèle a ses avantages et ses inconvénients, et le choix s'effectue selon l'objectif d'une recherche donnée. Des efforts continus sont faits pour améliorer ces modèles et en créer de nouveaux^[5],[6].

Le premier rongeur génétiquement modifié pour exprimer un système HLA humain a été le rat humanisé HLA B27 en 1990. Ces rongeurs développaient une maladie analogue à la spondylarthrite ankylosante humaine. Des souris humanisées génétiquement modifiées pour exprimer des molécules du système HLA sont utilisées comme modèles de maladies auto-immunes, d'allergies, et le développement de vaccins^[7].

L'introduction de gènes humains dans le génome d'une souris peut aboutir à une perte ou un gain de fonctions génomiques. La perte de fonction réalise des souris dites knock-out, cette perte étant permanente et stable, ou variable selon les conditions. Les souris knock-out sont utilisées par exemple dans l'étude biologique et génétique des cancers. Lorsqu'il existe un gain de fonction, par surexpression de gène, il s'agit de souris dites knock-in. Ces souris sont utilisées pour étudier l'immunothérapie des cancers en particulier les leucémies^[8].

Il existe deux grands modèles de souris transgéniques humanisées : celui où le gène murin et le gène humain s'expriment ensemble, celui où un gène murin est remplacé par le gène humain correspondant (la souris n'exprime alors qu'un produit humain)^[9].

Les modèles améliorés de souris humanisées sont de plus en plus utilisés comme^[6] :

• outil préclinique d'évaluation de médicaments (avant évaluation sur l'humain),
• étude d'agents infectieux spécifiques à l'homme, comme le HIV,
• modèle de maladies humaines, comme la biologie du cancer,
• modèle translationnel dans le domaine de la médecine régénérative, la transplantation et l'immunité.

Des souris transgéniques peuvent exprimer spontanément un diabète par mutation génétique. Il est possible de leur transplanter des cellules souches et du tissu pancréatique (îlots de Langerhans) humains. Ces modèles de souris humanisées permettent d'étudier in vivo des cellules humaines pour mieux comprendre les mécanismes du diabète, identifier des cibles thérapeutiques potentielles, et évaluer l'action de nouveaux médicaments^[10].

Avant 1988, le seul modèle animal pour étudier le VIH était le chimpanzé. La création de souris humanisées (greffées de cellules lymphoïdes et de cellules muqueuses) permet l'étude de l'infection à VIH, dont le problème de la latence et de la persistance du virus dans l'organisme et celui de sa transmission. Par exemple, la thérapie antirétrovirale peut réduire la transmission des femmes infectées à leurs partenaires. L'hypothèse selon laquelle le traitement supprime le VIH des sécrétions vaginales a été validée chez les souris humanisées^[6],[11].

À partir de grandes cohortes de souris humanisées par un seul donneur humain, il est devenu possible de tester et comparer l'efficacité et la sécurité de nouveaux médicaments contre le VIH^[12].

Les problèmes posés par les différences entre les systèmes immunitaires humain et murin ont été surmontés grâce à plusieurs stratégies, permettant ainsi aux chercheurs d’étudier les maladies auto-immunes à l’aide de modèles humanisés.Par conséquent, l’utilisation des modèles de souris humanisées s’est étendue à divers domaines de l’immunologie et de la recherche sur les maladies. Par exemple, les souris humanisées ont été utilisées pour étudier des agents pathogènes spécifiques à l’homme, des modèles de cancer du foie, ainsi que pour comparer les modèles murins aux maladies humaines.Des souris NSG greffées avec PBMCs (les cellules mononucléées du sang périphérique) et administrées avec des antigènes de la myéline dans l’adjuvant de Freund, ainsi que des cellules dendritiques autologues chargées en antigènes, ont été utilisées pour étudier la sclérose en plaques ^[13].

De manière similaire, des souris NSG greffées avec des cellules souches hématopoïétiques et traitées avec du pristane (C19H40) ont été utilisées pour étudier le lupus érythémateux^[14].

En outre, des souris NOG greffées avec des PBMCs ont été utilisées pour étudier les mécanismes du rejet des allogreffes in vivo^[15].

Le développement des modèles de souris humanisées a considérablement fait progresser l’étude des maladies auto-immunes ainsi que divers domaines de l’immunologie et de la recherche sur les maladies. Ces modèles ont fourni une plateforme permettant d’étudier les maladies humaines, les réponses immunitaires et les interventions thérapeutiques, comblant ainsi le fossé entre les systèmes immunitaires humain et murin et offrant des perspectives précieuses sur la pathogenèse des maladies et les stratégies thérapeutiques potentielles.

En fonction du type de cellules ou de tissus humains utilisés pour la greffe , les modèles de souris humanisées pour le cancer

peuvent être classés en xénogreffes dérivées de patients (PDX) ou en xénogreffes dérivées de lignées cellulaires^[16].

Les modèles PDX sont considérés comme conservant davantage les caractéristiques de la tumeur d’origine et sont donc regardés comme des outils plus puissants pour évaluer l’effet des médicaments anticancéreux dans les études précliniques^[16],[17].

Des modèles de souris humanisées ont été conçus pour étudier les cancers de différents organes. Par exemple, un modèle de souris pour l’étude du cancer du sein a été généré par la greffe intra-hépatique de cellules SK-BR-3 chez des souris NSG^[18].

De manière similaire, des souris NSG greffées par voie intraveineuse avec des cellules de leucémie aiguë myéloïde (LAM) dérivées de patients^[19], ainsi que des souris greffées (par injections sous-cutanées, intraveineuses ou intra-pancréatiques) avec des tumeurs pancréatiques issues de patients^[19], ont également été développées pour l’étude de la leucémie et du cancer du pancréas, respectivement.

Plusieurs autres modèles de rongeurs humanisés pour l’étude du cancer et de l’immunothérapie anticancéreuse ont également été décrits^[20].

Les souris humanisées présentent plusieurs limites importantes qui affectent leur valeur translationnelle. La reconstitution du système immunitaire humain reste incomplète, en particulier pour les lignées myéloïdes et les réponses immunitaires adaptatives pleinement fonctionnelles, ce qui entraîne une sous-représentation de certains mécanismes immunitaires humains essentiels^[21].

De plus, le microenvironnement murin ne soutient pas totalement le développement des cellules immunitaires humaines, car les différences inter-espèces dans les cytokines et les interactions cellulaires peuvent modifier la maturation et la fonction des cellules immunitaires^[22].

Une autre limite majeure est l’apparition fréquente de la maladie du greffon contre l’hôte (GVHD), en particulier dans les modèles basés sur les cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC), ce qui induit une inflammation systémique et réduit fortement la durée des expériences, limitant ainsi les études à long terme^[23].

Par ailleurs, ces modèles sont coûteux et techniquement complexes à mettre en place, nécessitant des procédures spécialisées telles que l’irradiation, la greffe de cellules souches et des conditions d’hébergement strictes, ce qui limite leur accessibilité et leur utilisation à grande échelle^[24].

Enfin, la variabilité liée aux donneurs humains introduit des incohérences entre les expériences, réduisant la reproductibilité et compliquant l’interprétation des résultats dans les études précliniques^[25].

• Anne Cachat et al., 2012, Les souris ne sont pas des hommes et pourtant..., Médecine/Science, volume 28 n^o 1, 63-68.
• Philippe Ravassard et al.,2012, Cellules bêta-pancréatiques, Médecine/Science, volume 28 n^o 2, 149-151.
• http://www.sidablog.fr/news/recherche-sida-VIH-15.pdf, consulté le 30/04/2012.
• http://www.agence-biomedecine.fr/agence/la-recherche-sur-l-embryon.html, consulté le 05/05/2012.
• http://www.thebodypro.com/content/64143/can-humanized-mice-advance-hiv-prevention.html, consulté le 30/04/2012.

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