Augmenter la résistance des organes lors de transplantation : le métabolisme comme cible pharmacologique dans la protection tissulaire face à l’ischémie-reperfusion

La transplantation d’organe demeure à ce jour la meilleure option thérapeutique dans le traitement de l’insuffisance terminale d’organe. Cependant la transplantation est confrontée à une pénurie de greffons. Les cliniciens ont donc recours à de plus en plus d’organes issus de donneurs à critères étendus (donneurs âgés ou présentant des facteurs de comorbidités tels que les maladies chroniques et/ou métaboliques). Ces greffons sont de moins bonne qualité et sont beaucoup plus sensibles aux lésions d’ischémie-reperfusion (IR), limitant ainsi les chances de réussite de la transplantation. L’IR est un phénomène physiopathologique inévitable en transplantation d’organes et responsable de lésions métaboliques sévères impactant sévèrement la qualité du greffon. La séquence d’IR est à l’origine de dysfonctions précoces et tardives de l’organe transplanté. Le recours à la transplantation demeure un enjeu majeur de santé publique et de nombreux projets nationaux (plan « France greffe » 2022-2026) et européens (COPE) visent à améliorer la qualité des greffons, paramètre déterminant dans le devenir de ce dernier et sur la survie à long terme du patient. Il est donc primordial de développer une stratégie thérapeutique afin de limiter les lésions d’IR et ainsi améliorer la qualité/survie des greffons, ce qui est l’objectif de ce projet.

Dans ce contexte d’IR, nos travaux, au sein de l’unité IRMETIST, ont pu mettre en évidence un nouveau traitement visant le métabolisme permettant une meilleure reprise de fonction rénale et une diminution des lésions tissulaires après IR rénale. Le premier objectif de ce projet est donc d’étudier les effets mécanistiques de ce traitement au niveau rénal. Le second objectif est d’étendre ce traitement dans un contexte d’IR hépatique chez le rongeur. A plus long terme, ce traitement sera à valider dans un modèle pré-clinique de transplantation d’organe chez le porc.

Afin d’élucider ce mécanisme, nous proposons des analyses moléculaires et omics ainsi que l’utilisation de rongeurs transgéniques dépourvus de l’expression de la protéine d’intérêt (qui sera à définir). Nous proposons également de développer un suivi longitudinal et dynamique du métabolisme rénal et hépatique par microscopie multiphoton. Ce modèle permettra de déterminer les cellules cibles de la thérapie, les modulations métaboliques, le stress oxydatif. Ces données d’imagerie seront enfin transformées en mesures quantitatives pour analyser et modéliser ces processus. Ces analyses permettront d’élucider le mécanisme protecteur et d’améliorer cette thérapie prometteuse, offrant une meilleure chance de réussite aux patients transplantés.

La transplantation d’organe est la solution thérapeutique de choix en cas d’insuffisance terminale d’organe, cependant cette thérapie est freinée par la disponibilité de greffons (en nombre et en qualité). Pour pallier à cette pénurie, des greffons « à critères étendus », issus de donneurs plus âgés ou comorbides, sont utilisés. Ces organes sont cependant plus sensibles aux lésions d’ischémie-reperfusion (IR), indissociables de la transplantation. Pour limiter ces lésions de l’IR, des approches thérapeutiques sont envisageables.

En combinant des modèles d’IR rénales et hépatiques chez le rongeur ciblant une voie métabolique d’intérêt et des analyses moléculaires ainsi que d’imagerie multiphoton dynamique et longitudinale, nous proposons d’avancer dans la compréhension du mécanisme et ainsi le raffinement du traitement. L’association de ces modèles, compétences et techniques est une opportunité unique de développer un projet innovant et à haute valeur ajoutée pour la communauté scientifique; tout en participant à réduire les problématiques liées à l’IR en transplantation d’organes.

Nous avons précédemment mis en évidence un traitement métabolique ciblant la voie de la glycolyse, permettant une meilleure reprise de fonction rénale et une diminution des lésions tissulaires (fibrose) après IR rénale. Une limite de notre stratégie réside dans la définition précise du mécanisme d’action au niveau cellulaire/tissulaire.

Le premier objectif de ce projet est donc d’étudier les effets mécanistiques induits par ce traitement au niveau rénal. Le second objectif est d’étendre ce traitement dans un contexte d’IR hépatique chez le rongeur. A plus long terme, ce traitement sera à valider dans un modèle pré-clinique de transplantation d’organe chez le porc.

• Evaluer le mécanisme d’action de la stratégie thérapeutique dans les tissus rénaux ayant subis l’IR (tissus déjà obtenus). Evaluations par des analyses omics (protéomiques, métabolomiques et transcriptomiques) et histologiques.
• Evaluer la transposabilité de la stratégie thérapeutique dans un modèle d’IR hépatique chez le rongeur (modèle maitrisé au laboratoire).
• Développer un système de suivi longitudinal et dynamique des lésions d’IR rénales et hépatiques par microscopie multiphoton afin de visualiser les lésions d’IR et mécanismes de la thérapie, au niveau des organes (reins et foie) ayant subis l’IR.
• Développer une pipeline d’analyse d’images afin de quantifier, mesurer et analyser les données obtenues, en transformant des données d’imagerie en mesures quantitatives pour extraire la dynamique de paramètres d’intérêt (en collaboration avec le laboratoire XLIM - UMR U7252, Poitiers).
• Définir le mécanisme d’action de la thérapie et valider celui-ci dans un modèle d’IR chez des rongeurs transgéniques dépourvus de l’expression de la protéine d’intérêt définie selon les résultats préalablement obtenus.
• Valider cette thérapie dans un modèle pré-clinique de transplantation d’organe chez le porc

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Organ transplantation remains the best treatment option for end-stage organ failure. However, the field faces to a donor organs shortage. Clinicians are therefore increasingly turning to organs from expanded-criteria donors (older donors or those with comorbidities such as chronic and/or metabolic diseases). These grafts are of lower quality and are much more susceptible to ischemia-reperfusion (IR) injury, thereby limiting the chances of transplant success. IR is an unavoidable pathophysiological phenomenon in organ transplantation and is responsible for severe metabolic damage that significantly impacts graft quality. The IR sequence leads to early and late dysfunction of the transplanted organ. The use of transplantation remains a major public health issue, and numerous national (Plan France Transplant 2022–2026) and European (COPE) initiatives aim to improve graft quality, a key factor in the graft’s long-term outcome and the patient’s long-term survival. It is therefore essential to develop a therapeutic strategy to limit IR injury and thereby improve graft quality and survival, which is the objective of this project.

In the context of acute kidney injury (AKI), our research within the IRMETIST unit has identified a new metabolic-targeted treatment that promotes improved renal function recovery and reduces tissue damage following acute kidney injury. The primary objective of this project is therefore to investigate the mechanistic effects of this treatment at the renal level. The second objective is to extend this treatment to a model of hepatic acute kidney injury in rodents. In the longer term, this treatment will be validated in a preclinical organ transplantation model in pigs.

To elucidate this mechanism, we propose molecular and omics analyses as well as the use of transgenic rodents lacking expression of the protein of interest (to be defined). We also propose to develop longitudinal and dynamic monitoring of renal and hepatic metabolism using multiphoton microscopy. This model will enable us to identify the therapy’s target cells, metabolic changes, and oxidative stress. These imaging data will ultimately be converted into quantitative measures to analyze and model these processes. These analyses will help elucidate the protective mechanism and improve this promising therapy, offering transplant patients a better chance of success.

Organ transplantation is the treatment of choice for end-stage organ failure; however, this therapy is limited by the availability of donor organs (in terms of both quantity and quality). To address this shortage, “expanded criteria” grafts, derived from older or comorbid donors, are used. However, these organs are more susceptible to ischemia-reperfusion (IR) injury, which is an inherent part of transplantation. To limit this IR injury, various therapeutic approaches are being explored.

By combining renal and hepatic IR models in rodents targeting a metabolic pathway of interest with molecular analyses as well as dynamic and longitudinal multiphoton imaging, we propose to advance our understanding of the mechanism and thereby refine therapeutic treatment. The combination of these models, expertise, and techniques presents a unique opportunity to develop an innovative, high-value-added project for the scientific community, while helping to reduce the challenges associated with IR in organ transplantation.

We have previously demonstrated that a metabolic treatment targeting the glycolytic pathway leads to improved renal function recovery and reduced tissue damage (fibrosis) following renal ischemia-reperfusion (IR). A limitation of our strategy lies in the precise definition of the mechanism of action at the cellular/tissue level.

The primary objective of this project is therefore to investigate the mechanistic effects of this treatment on the kidneys. The second objective is to extend this treatment to a model of hepatic renal failure in rodents. In the longer term, this treatment will be validated in a preclinical organ transplantation model in pigs.

•    Evaluate the mechanism of action of the therapeutic strategy in renal tissues that have undergone IR (tissues already obtained). Evaluations will be conducted using omics analyses (proteomics, metabolomics, and transcriptomics) and histological analyses.

•    Evaluate the transferability of the therapeutic strategy in a rodent model of hepatic IR (a model established in the laboratory).

•    Develop a dynamic, longitudinal monitoring system for renal and hepatic ischemia-reperfusion (IR) injury using multiphoton microscopy to visualize IR injury and therapeutic mechanisms in the organs (kidneys and liver) that have undergone IR.

•    Develop an image analysis pipeline to quantify, measure, and analyze the obtained data, converting imaging data into quantitative measurements to extract the dynamics of parameters of interest (in collaboration with the XLIM laboratory - UMR U7252, Poitiers).

•    Define the mechanism of action of the therapy and validate it in an IR model in transgenic rodents lacking expression of the protein of interest, as defined based on previously obtained results.

•    Validate this therapy in a preclinical porcine organ transplantation model.

IRMETIST INSERM U1313

Le laboratoire Ischémie Reperfusion, Métabolisme et Inflammation Stérile en Transplantation (IRMETIST) est une unité mixte de recherche INSERM/Université de  Poitiers (U1313). L’unité fait partie intégrante de l’institut fédératif de recherche en BioSanté. Elle est située à Poitiers, pour l’instant en partie sur le site du CHU de Poitiers à proximité de la faculté de Médecine et de Pharmacie et également au pôle de biologie santé (PBS) sur le campus de l’université de Poitiers. Les thématiques de recherche de l’unité s’articulent autour de l’amélioration des conditions de la transplantation d’organes, principalement le rein et le foie, et autour de l’étude des phénomènes lésionnels liées à l’ischémie-reperfusion (IR).Cette équipe monothématique est dirigée par le Professeur Luc Pellerin depuis  le 1er janvier 2022.

Le ou la candidat(e) devra avoir obtenu un master 2 en biologie ou biotechnologies et avoir de bonnes connaissances en biologie cellulaire et biochimie et si possible en physiologie et microscopie optique (épifluorescence, confocal, multiphotonique…) ou faire preuve de curiosité envers ces techniques. Le ou la candidat(e) idéal(e) fera preuve de : motivation, curiosité, pro-activité, autonomie et de rigueur. Il/Elle rejoindra un environnement stimulant, collaboratif et engageant. Un travail sur les modèles murins étant nécessaire, le ou la candidat(e) sera en accord avec la pratique de l’expérimentation animale. Le diplôme d’expérimentation animale serait un plus mais pourra être acquis au sein du laboratoire. Une bonne maîtrise de l’anglais (lu, écrit, parlé) est nécessaire, notamment pour des interactions avec les collaborateurs internationaux de l’équipe. 

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The ideal candidate must have obtained a master 2 in biology or biotechnologies and have solid knowledge of cell biology / biochemistry /physiology and if possible in light microsopy (epifluorescence, confocal, multiphoton…) or have a strong interest to learn those approaches. He or she will show motivation, curiosity, pro-activity and autonomy. He or she will join a stimulating, collaborating and friendly work environment. An animal work is part of the project and therefore the candidate will agree to work with such models. Animal experimentation diploma is needed but can be acquired in the lab. Very good spoken and written English is required to communicate in the lab and particularly with the group international network of collaborators.