Hétérogénéité dans l’angiogenèse rétinienne / Heterogeneity in Retinal Angiogenesis

Disséquer l’hétérogénéité dans l’angiogenèse rétinienne : Une approche transcriptomique unicellulaire et spatiale

Résumé

L’angiogenèse, c’est-à-dire la formation de nouveaux vaisseaux à partir de vaisseaux préexistants, est un processus essentiel au développement de la vascularisation rétinienne. Une angiogenèse perturbée et incontrôlée est observée dans de nombreuses pathologies oculaires telles que la rétinopathie diabétique, la dégénérescence maculaire liée à l’âge, la rétinopathie du prématuré et les tumeurs rétiniennes. Depuis de nombreuses années, le dogme de l’angiogenèse (rétinienne) en tant que processus homogène perd du terrain, et de nombreuses études indiquent clairement que ce processus est hétérogène et donc plus complexe. Il est important de noter que dans la plupart des tissus, y compris la rétine, l’angiogenèse est principalement active au cours du développement, quiescente chez les adultes et réactivée dans les pathologies vasculaires associées, que nous proposons d’appeler l’axe fœto-pathologique rétinien, en tant que système modèle pour mieux comprendre l’hétérogénéité fonctionnelle vasculaire dans le corps.

Nous proposons d’étudier l’hétérogénéité des cellules endothéliales spécialisées (pointe, pédoncule, phalange), le développement de la barrière hémato-rétinienne (BAR), ainsi que les mécanismes moléculaires et cellulaires régulant l’angiogenèse rétinienne au cours du développement et de la maladie. Nous commencerons par caractériser l’hétérogénéité de l’angiogenèse (rétinienne) au niveau de la cellule unique en effectuant une analyse in silico des études sur les cellules endothéliales (rétiniennes) uniques réalisées dans des tissus sains et pathologiques. Cela permettra d’établir des atlas moléculaires unicellulaires de la vascularisation rétinienne de la souris et de l’homme. Nous utiliserons ensuite le séquençage de l’ARN au niveau de la cellule unique combiné au séquençage transcriptomique spatial sur le modèle de la rétinopathie induite par l’oxygène (RIO), qui englobe l’axe fœto-pathologique rétinien complet, pour étudier l’hétérogénéité des cellules endothéliales et de l’angiogenèse au niveau de la cellule unique et la résoudre dans l’espace. Enfin, nous appliquerons la même méthodologie à des échantillons de rétine humaine afin de construire un atlas humain des cellules pathologiques de la rétine. Malgré de grands efforts dans la caractérisation de l’hétérogénéité des cellules endothéliales et rétiniennes au niveau de la cellule unique, l’hétérogénéité des cellules endothéliales rétiniennes au cours du développement et de la maladie a été sous-étudiée, ce qui représente une lacune notable dans notre compréhension de la biologie de la vascularisation rétinienne. Notre projet comble cette lacune en démontrant l’hétérogénéité des cellules endothéliales dans la rétine de la souris, à la fois au cours du développement physiologique et dans les pathologies oculaires. Nous pensons qu’une meilleure compréhension de ces mécanismes au cours du développement et de la façon dont ils sont altérés dans les pathologies ouvrira des voies pour le développement de stratégies thérapeutiques innovantes.

Dissecting Heterogeneity in Retinal Angiogenesis: A Single-Cell and Spatial Transcriptomic Approach

Abstract

Angiogenesis, the formation of new vessels from pre-existing ones, is a pivotal process during retinal vasculature development. Disturbed and uncontrolled angiogenesis is observed in many ocular pathologies such as diabetic retinopathy, age-related macular degeneration, retinopathy of prematurity and retinal tumors. For many years now, the dogma of (retinal) angiogenesis as an homogeneous process has been losing ground, and numerous studies clearly indicate that indeed this process is heterogenous and therefore more complex. Importantly, in most tissues including retina, angiogenesis is mostly active during development, quiescent in adults and reactivated in vascular associated pathologies, which we propose to call the retinal feto-pathological axis, as a model system to better understand vascular functional heterogeneity in the body.

We propose to study specialized endothelial cells (tip, stalk, phalanx) heterogeneity, blood-retinal barrier (BRB) development, as well as the molecular and cellular mechanisms regulating retinal angiogenesis during development and disease. We will first characterize (retinal) angiogenesis heterogeneity at the single-cell level by performing in silico analysis of single cell (retinal) endothelial cell studies performed in healthy and pathological tissues. This will establish single-cell molecular atlases of the mouse and human retinal vasculature. We will then use single-cell RNA-sequencing combined with spatial transcriptomics sequencing on the oxygen-induced retinopathy (OIR) model, which encompasses the full retinal feto-pathological axis, to address endothelial cells and angiogenesis heterogeneity at the single cell level and resolve it spatially. Finally, we will apply the same methodology on human retina samples to construct a human atlas of retinal pathological cells. Despite great efforts in characterizing endothelial cell and retinal cells heterogeneity at the single cell level, retinal endothelial cells heterogeneity during development and disease have been understudied, representing a notable gap in our understand of retinal vasculature biology. Our project fills this gap with the aim of demonstrating the heterogeneity of endothelium cells in the mouse retina, both in physiological development and in ocular pathologies and we believe that a better understanding of these mechanisms during development and how they are altered in pathologies will open avenues for the development of innovative therapeutic strategies.