La cartographie systématique des voies de signalisation et des résultats phénotypiques chez les patients atteints de cardiomyopathie dilatée (CMD) permettra d’identifier les voies clés dérégulées associées à la prédisposition, à la gravité et à la progression de la maladie. Ces signatures pourront ensuite être utilisées pour prédire le risque de CMD chez les patients prédisposés à la cardiomyopathie ou pour évaluer le rôle de la réponse fibrotique dans la progression de la maladie. Cette plateforme fournit également des outils permettant d’étudier les mécanismes pathologiques induits par la fibrose à l’aide de modèles complémentaires en 2D et en 3D de la fonction des cardiomyocytes.

Le développement des cardiomyopathies, l'une des principales causes d'insuffisance cardiaque, est étroitement lié à une dérégulation de la gestion du calcium dans les cardiomyocytes. Dans les cellules cardiaques saines, le processus de contraction synchronisée est régulé par le couplage excitation-contraction, un mécanisme qui assure une signalisation calcique précise et l'activation des myofilaments. Cependant, en contexte pathologique, les cardiomyocytes dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines (CM-CSPih) présentent souvent : 1) une homéostasie calcique dysfonctionnelle et 2) une altération de la contractilité, deux éléments critiques pour la fonction cardiaque. Cette étude a utilisé un nouveau biocapteur optique localisé dans les myofilaments, le RGECO-TnT, qui permet d'analyser les transitoires calciques dans les CM-CSPih de patients diagnostiqués avec une CMD (cardiomyopathie dilatée) et d'un groupe témoin sain. Les résultats révèlent des phénotypes pathologiques clés et des perspectives d'intérêt pour les développeurs de médicaments cardiovasculaires. Notre étude a mis en évidence des différences distinctes dans la gestion du calcium entre les patients atteints de CMD et les témoins sains à l'échelle de la cellule unique, suggérant des signatures de gestion calcique propres à chaque patient. Nous proposons ainsi un cadre robuste pour l'étude des transitoires calciques et de l'organisation sarcomérique. En intégrant la technologie des biocapteurs optiques dans les pipelines précliniques, nous aidons à réduire les risques des stratégies thérapeutiques en évaluant les réponses spécifiques aux médicaments avec une précision sans précédent.

Les biocapteurs encodés génétiquement, combinés à l'imagerie FRET à haut contenu, ont le potentiel de transformer le suivi des événements de signalisation cellulaire en permettant l'analyse, à l'échelle de la cellule unique, des réponses cellulaires dynamiques aux médicaments. Une telle analyse renforce la portée des "hypothèses d'homogénéité" traditionnelles utilisées dans les mesures globales, en révélant l'hétérogénéité cellulaire au sein de populations apparemment uniformes. Dans cette étude, nous avons exploré les interactions entre les voies de signalisation de la protéine kinase A (PKA) et de la kinase régulée par les signaux extracellulaires 1/2 (ERK1/2) dans les neurones striataux, révélant de nouveaux mécanismes de communication croisée (crosstalk) et l'activation de voies induites par les médicaments. Les biocapteurs basés sur le FRET nous ont permis d'identifier des profils de réponse pharmacologique distincts dans des sous-populations neuronales, classées comme répondants faibles, moyens ou forts selon la morphologie nucléaire. Les avancées techniques du profilage de cellules uniques permettent de mieux comprendre l'hétérogénéité des types cellulaires dans la dynamique de signalisation. Cette étude de cas souligne la variabilité de la réponse des cellules aux stimuli pharmacologiques, accentuant la nécessité de l'analyse monocellulaire pour capturer ces effets subtils. En définitive, notre plateforme fournit des informations précieuses aux étapes de découverte et d’optimisation des candidats médicaments (« hit-to-lead ») en capturant la variabilité de l’amplitude et de la cinétique des réponses entre les cellules individuelles. Les biosenseurs constituent des outils puissants pour comprendre les réseaux de signalisation complexes et les effets des médicaments, soutenant ainsi des efforts plus précis en découverte de médicaments en neuropharmacologie.

Pendant des années, la recherche cardiovasculaire a été confrontée à des défis majeurs en raison de l'accès limité aux cardiomyocytes humains. En raison de cette contrainte, les chercheurs se sont appuyés sur des modèles de rongeurs pour étudier la fonction cardiaque et les mécanismes physiopathologiques associés. Bien que ces modèles fournissent des informations précieuses, des difficultés persistantes de transposition demeurent en raison des différences interespèces. L'émergence des cardiomyocytes dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines (CM-CSPih) a marqué un changement de paradigme, offrant des modèles évolutifs et spécifiques aux patients pour l'étude de la biologie cardiaque humaine. Pour souligner leur pertinence, nous avons comparé l'activation de voies de signalisation distinctes ainsi que les profils transcriptomiques des CM-CSPih à ceux de cardiomyocytes primaires de rats nouveau-nés (CMRN). À l’aide de biocapteurs, nous avons exploré les activités de la protéine kinase A (PKA) nucléaire et de la kinase ERK1/2 médiées par les RCPG dans les deux modèles. Les CMRN et les CM-CSPih ont démontré des comportements de signalisation distincts, reflétant des processus de transduction de signaux propres à chaque espèce, ce qui doit être pris en considération dans la découverte de médicaments destinés à l'humain. Un autre avantage des CM-CSPih est la réduction du besoin de systèmes de surexpression (comme dans les cellules HEK 293) dans les programmes de découverte de médicaments. En tirant parti de la combinaison des CSPih et des biocapteurs, nous visons à ouvrir la voie à des modèles plus précis et prédictifs dans la recherche cardiovasculaire et le développement de médicaments.