Introduction

Le Cellules U2OS Cette lignée — également connue sous les noms de U-2 OS, U-2OS, U-2-OS, U2-OS, U20-S, U20S et 2T — est l’une des premières lignées cellulaires cancéreuses humaines établies qui sont encore activement utilisées aujourd’hui. Cette lignée a été établie au milieu des années 1960 à partir d’un ostéosarcome modérément différencié du tibia et a été décrite pour la première fois par Pontén et Saksela en 1967 [1]. Sa mise au point a fourni aux chercheurs un modèle de morphologie épithéliale, maniable et adhérent, permettant d’étudier les néoplasmes osseux, la biologie tumorale et la biologie cellulaire fondamentale. Au cours des décennies suivantes, la lignée U2OS est devenue une pierre angulaire de la recherche sur la réparation de l’ADN, de la découverte de médicaments contre l’ostéosarcome, de l’analyse du cycle cellulaire et du profilage génomique. Cette lignée cellulaire conserve la fonction du gène TP53 de type sauvage — ce qui est relativement rare parmi les lignées d’ostéosarcome —, ce qui la rend particulièrement précieuse pour l’étude des voies dépendantes de p53, des réponses aux dommages à l’ADN et de la régulation du rythme circadien. Grâce à une vaste collection de données omiques et à des centaines d’études publiées, la lignée U2OS demeure l’un des modèles de cancer humain les plus cités et les mieux caractérisés à la disposition des chercheurs en sciences biomédicales.

Points à retenir

• La lignée cellulaire U2OS (numéro d'accès Cellosaurus CVCL_0042) est une lignée cellulaire d'ostéosarcome humain établie au milieu des années 1960 à partir de tissu osseux tibial et décrite pour la première fois en 1967.
• Cette lignée cellulaire possède le gène TP53 de type sauvage, ce qui en fait un modèle de choix pour les études sur le cycle cellulaire dépendant de p53 et sur les dommages à l'ADN.
• Les cellules U2OS se développent sous forme de monocouches adhérentes présentant une morphologie épithéliale, avec un temps de doublement rapporté compris entre environ 25 et 30 heures (DSMZ ACC-785) et 36 heures (Mohseny et al.).
• Cette lignée a fait l'objet d'une analyse approfondie à partir de jeux de données issus de la génomique, de la transcriptomique, de la protéomique et du criblage de médicaments, notamment ceux de la Cancer Cell Line Encyclopedia.
• U2OS a servi de plateforme pour des centaines de lignées cellulaires dérivées, utilisées dans des essais sur les récepteurs GPCR, des études sur les marqueurs fluorescents et des criblages fonctionnels basés sur la technologie CRISPR.
• Les projets de recherche actuels portent notamment sur la découverte de médicaments contre l’ostéosarcome, les mécanismes de réparation de l’ADN, la biologie circadienne, l’endocytose et la reprogrammation métabolique.

Qu'est-ce que U2OS?

La lignée U2OS a été isolée à partir de l'os tibial d'une patiente de 15 ans atteinte d'ostéosarcome. Cette lignée a été établie au milieu des années 1960 et a fait l'objet d'une première publication par Pontén et Saksela en 1967. [1], puis a été répertoriée parmi les lignées tumorales humaines destinées à la recherche sur le cancer [2]. Une caractérisation immunologique préliminaire a confirmé l'absence de contamination par des cellules HeLa [3] et a déterminé le profil des antigènes HLA de la lignée cellulaire [4] [5]. Cette lignée se développe sous forme de monocouche adhérente présentant une morphologie épithéliale. Les temps de doublement rapportés varient selon les sources : environ 25 à 30 heures selon la fiche du catalogue du DSMZ (ACC-785) et environ 36 heures dans la caractérisation fonctionnelle réalisée par Mohseny et al. [13] [61]. Elle est classée parmi les lignées d’ostéosarcomes modérément différenciées qui conservent le gène TP53 de type sauvage, ce qui la distingue d’autres lignées d’ostéosarcomes telles que Saos-2, qui ne présentent aucune expression de p53. Une caractérisation comparative a montré que les cellules U2OS sont négatives pour la plupart des marqueurs ostéoblastiques classiques, ce qui reflète leur état relativement indifférencié par rapport à des lignées d’ostéosarcome plus matures. [6]. Cette lignée est stable au niveau des microsatellites (MSS) et porte une variante hétérozygote tronquée du gène PPM1D (p.Arg458Ter, c.1372C>T), qui est répertoriée pour la lignée U2OS dans Cellosaurus et DepMap (ACH-000364) [61]. La conséquence fonctionnelle de cette classe d’allèles PPM1D à gain de fonction et à extrémité C-terminale tronquée — une altération du point de contrôle G1 dépendant de p53 — a été caractérisée par Kleiblova et al. [7].

L'analyse chromosomique par hybridation génomique comparative a révélé des aberrations génomiques complexes dans les lignées d'ostéosarcome, y compris la lignée U2OS, avec une moyenne de 20,8 aberrations par lignée (intervalle : 10 à 31). [8]. Une analyse CGH à haute résolution a permis d’identifier des microaberrations cryptiques, et la lignée U-2 OS présentait le plus faible nombre de ces événements parmi les quatre lignées d’ostéosarcome examinées — six, soit l’incidence la plus faible du panel —, ce qui concorde avec son profil TP53 de type sauvage, tandis que la lignée SAOS-2, porteuse d’une mutation du gène TP53, en comptait 17 [9]. La caractérisation moléculaire menée dans le cadre du consortium EuroBoNeT a confirmé le statut « de type sauvage » du gène TP53 pour la lignée U2OS et a identifié la délétion homozygote du gène CDKN2A comme l’événement le plus fréquent au sein de l’ensemble du panel de tumeurs osseuses (15 lignées sur 36), étroitement associée à l’absence de la protéine p16; aucune délétion du gène CDKN2A n’est enregistrée pour la lignée U2OS elle-même dans Cellosaurus [10] [61]. Des réarrangements du gène p53 ont été observés dans des sarcomes ostéogéniques primaires et dans des lignées cellulaires apparentées [11], et il a été démontré que la surexpression de la protéine p53 de type sauvage bloquait la croissance cellulaire dans les cellules d'ostéosarcome [12], soulignant ainsi l'intérêt du modèle U2OS pour la recherche sur la voie p53. Des études fonctionnelles ont confirmé que les cellules U2OS forment des tumeurs in vivo après injection sous-cutanée, ce qui valide leur utilité en tant que modèle représentatif de l'ostéosarcome [13].

Renseignements sur la culture cellulaire

Avantages des cellules U2OS

L’un des principaux avantages de la lignée U2OS réside dans la conservation du gène TP53 de type sauvage. Cette propriété rend cette lignée particulièrement adaptée à l’étude des processus dépendants de p53, notamment les points de contrôle des dommages à l’ADN, l’arrêt du cycle cellulaire, l’apoptose et les réponses transcriptionnelles au stress génotoxique. Comme de nombreuses lignées cellulaires d’ostéosarcome et de cancer présentent des mutations du gène p53, la lignée U2OS occupe une place essentielle en tant que modèle de tumeur osseuse permettant d’évaluer la pharmacologie de la voie p53 sans l’effet de confusion lié aux mutations avec perte de fonction. Les antagonistes de MDM2 illustrent pourquoi cette distinction est importante. Dans un panel de lignées cellulaires de sarcomes, l’antagoniste de MDM2 Nutlin-3A a stabilisé p53 et induit efficacement la transcription en aval dépendante de p53 ainsi que l’apoptose dans les lignées présentant une amplification de MDM2; dans les lignées présentant un gène TP53 de type sauvage mais sans amplification de MDM2 — configuration que l’on retrouve dans la lignée U2OS —, une certaine réponse au Nutlin a été observée, mais l’apoptose n’a pas été induite [14]. Un modèle de tumeur osseuse dans lequel le gène p53 est fonctionnel permet donc d’analyser séparément la contribution du statut de p53 et celle du dosage de MDM2, plutôt que de les confondre.

Les cellules U2OS se prêtent particulièrement bien à la microscopie sur cellules vivantes et aux tests de rapporteurs fluorescents grâce à leur morphologie épithéliale plate et adhérente ainsi qu’à la taille relativement importante de leur noyau. Ces propriétés ont conduit à la création de centaines de lignées dérivées génétiquement modifiées, notamment Cellules U2OS-CRISPR-NUP96-SNAP ainsi que de nombreuses variantes de PathHunter et de LanthaScreen, toutes répertoriées comme entrées filles de CVCL_0042 [61] — qui tirent parti de la transfectabilité et de la transparence optique de la lignée parentale. Cette lignée cellulaire fait également partie de plusieurs initiatives majeures de profilage génomique et protéomique, notamment le projet Cancer Dependency Map (DepMap ACH-000364, qui intègre la Cancer Cell Line Encyclopedia) et le panel de l’atlas cellulaire de l’Human Protein Atlas, offrant ainsi aux chercheurs de riches ensembles de données de référence permettant de valider les résultats expérimentaux. [15] [16] [61].

Cette lignée s’est révélée très réceptive à la manipulation génétique, permettant la transfection stable et transitoire, l’édition génétique par CRISPR-Cas9, l’inhibition par ARNi et la transduction virale. Son intégration efficace de constructions exogènes et sa cinétique de croissance robuste en font un outil pratique et performant pour les plateformes de criblage à haut débit. Les profils de « Cell Painting » établis pour 5 259 médicaments dans la lignée U2OS constituent l’un des plus vastes ensembles de données de référence morphologiques en biologie chimique; ils ont été combinés à des profils protéomiques thermiques afin de déduire à grande échelle le mécanisme d’action des composés. [17]. Ce large champ d’application — qui couvre la biologie du cancer des os, la biologie cellulaire fondamentale et la découverte de médicaments — explique la popularité durable de la lignée cellulaire U2OS.

Limites des cellules U2OS

Malgré ses nombreux atouts, la lignée U2OS présente une complexité chromosomique susceptible de compliquer son interprétation. Une hybridation génomique comparative réalisée sur huit lignées d’ostéosarcome a révélé une moyenne de 20,8 aberrations chromosomiques par lignée, la lignée U2OS présentant des gains et des pertes dans plusieurs régions. [8]. La variante hétérozygote de gain de fonction tronquée du gène PPM1D (p.Arg458Ter) altère le point de contrôle G1 dépendant de p53, ce qui signifie que, bien que la protéine p53 soit présente et de type sauvage au niveau de la séquence, sa signalisation en aval est partiellement atténuée [7] [61]. Les chercheurs qui travaillent sur la pharmacologie précise de la voie p53 devraient tenir compte de ce facteur lors de l'interprétation de leurs résultats.

En tant que lignée d’ostéosarcome modérément différenciée, la lignée U2OS ne reproduit pas fidèlement le phénotype ostéoblastique mature. La caractérisation immunocytochimique a montré qu’elle est négative pour la plupart des marqueurs ostéoblastiques, contrairement aux lignées plus matures Cellules SaOS-2 ligne [6]. Les études nécessitant des marqueurs fiables de la différenciation ostéogénique ou des réponses de minéralisation pourraient donc considérer que la lignée U2OS est moins représentative de la biologie des ostéoblastes à un stade avancé. De plus, comme toutes les lignées cellulaires établies, la lignée U2OS a accumulé des adaptations ex vivo qui pourraient ne pas refléter fidèlement la biologie de la tumeur primaire, notamment en ce qui concerne les interactions avec le stroma et l’architecture tridimensionnelle [13].

Comme pour toute lignée cellulaire, les passages à long terme de la lignée U2OS comportent un risque de dérive génétique et de variation phénotypique entre les sous-clones. Il est fortement recommandé de procéder à une authentification par profilage des séquences en tandem courtes afin de garantir la reproductibilité d'un laboratoire à l'autre. [18]. Les chercheurs doivent également noter que la lignée U2OS n’exprime qu’un sous-ensemble des protéines classiques de la matrice extracellulaire ostéoblastique, ce qui limite son utilisation comme indicateur dans les études sur le microenvironnement osseux qui s’appuient sur le collagène I ou d’autres produits des ostéoblastes matures.

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Applications

Découverte de médicaments et criblage thérapeutique contre l’ostéosarcome

La lignée cellulaire U2OS est un outil de référence pour l’évaluation de composés nouveaux et de composés réorientés contre l’ostéosarcome. Des études ont examiné les activités antitumorales de divers agents naturels et synthétiques sur cette lignée. La curcine C, une protéine de type I inactivant les ribosomes, issue de graines de Jatropha curcas post-germées, s’est avérée capable d’inhiber la prolifération des cellules U2OS par le biais de l’apoptose médiée par les ROS, de l’autophagie et d’un arrêt en phases S et G2/M, cet effet étant attribué à l’activation de la voie de signalisation JNK parallèlement à l’inhibition de la voie ERK; le piégeur de ROS NAC et l’inhibiteur de JNK SP600125 ont chacun atténué cette réponse, ce qui corrobore la cascade proposée [53]. Une étude de suivi a montré que la plus grande efficacité de la curcine C par rapport à la curcine sur les cellules U2OS s’explique en grande partie par l’endocytose dépendante de la clathrine et médiée par LRP1, à laquelle la curcine C a accès, contrairement à la curcine.

L’alopérine, un produit naturel alcaloïde, a inhibé la prolifération et la clonogénicité des cellules d’ostéosarcome MG-63 et U2OS, a induit l’apoptose, comme l’a confirmé la cytométrie en flux, et a inhibé l’invasion lors de tests « scratch » et « transwell », avec une régulation à la baisse de la MMP-2, de la MMP-9, PI3K et p-AKT1 [54]. Cette étude a mis en évidence de multiples voies convergentes par lesquelles les alcaloïdes naturels pourraient simultanément entraver la croissance et le potentiel métastatique. Par ailleurs, il a été démontré que le stéviol, un métabolite naturel utilisé comme édulcorant, inhibait la prolifération des cellules U2OS de façon dose-dépendante et temps-dépendante; une analyse mécanistique a révélé un arrêt du cycle cellulaire en phase G1 ainsi qu’une voie d’apoptose mitochondriale indiquée par une augmentation du rapport Bax/Bcl-2 [55] — des résultats qui positionnent les métabolites naturels comme candidats pour la recherche en chimioprévention de l’ostéosarcome.

L’acide tannique a renforcé l’effet cytotoxique du cisplatine dans les cellules U2OS, mais cette interaction s’est avérée fortement dépendante du rapport de concentration : une synergie a été observée à des rapports acide tannique/cisplatine de 90:10 et 85:15, tandis que les rapports de 75:25 et 50:50 se sont révélés antagonistes, et que l’acide tannique seul n’a pas inhibé de manière significative les ostéoblastes normaux hFOB 1.19 [56]. Toute stratégie de sensibilisation à base de polyphénols repose donc sur une optimisation minutieuse du rapport de dosage plutôt que sur une simple co-administration. De même, l’acide gallique a potentialisé la mort cellulaire induite par l’olaparib et atténué la résistance acquise à l’olaparib dans les cellules U2OS et une lignée dérivée résistante à l’olaparib (U2OS-PIR), en inhibant l’angiogenèse et en modulant la cPARP, Bcl-2 et Bax [57], élargissant ainsi le répertoire des combinaisons de composés naturels applicables à la recherche sur le traitement de l’ostéosarcome. Il a été démontré que le lénvatinib, un inhibiteur multikinase approuvé, induisait des changements liés à la ferroptose dans les cellules U2OS et 143B par l’intermédiaire d’un axe p-STAT3/p53/xCT, révélant ainsi un nouveau mécanisme par lequel cet agent pourrait freiner la progression de l’ostéosarcome au-delà de son rôle canonique d’inhibition de l’angiogenèse [19]. Une immunothérapie à base de cellules tueuses naturelles (NK) a été évaluée sur un panel de lignées d’ostéosarcome, dont la lignée U2OS; l’expression du ligand NKG2D s’est avérée corrélée à l’efficacité de la destruction médiée par les cellules NK, tandis que l’interleukine-2 administrée par aérosol a amélioré l’activité des cellules NK spécifiques à un organe in vivo [20].

Un criblage plus large de médicaments contre les sarcomes, englobant 63 lignées humaines et plus de 400 composés oncologiques, a permis de documenter les profils de sensibilité aux médicaments de la lignée U2OS ainsi que les données d’expression génique et de microARN, fournissant ainsi une riche référence pharmacogénomique pour le domaine [21]. Le projet phare « Cancer Cell Line Encyclopedia » a intégré des données d’expression génique, de nombre de copies et de séquençage provenant de près de 950 lignées, dont la lignée U2OS, et les a mises en corrélation avec les profils de sensibilité aux médicaments afin d’identifier des biomarqueurs prédictifs de la réponse [15]. Une étude pharmacogénomique de synthèse menée par la suite a établi des associations entre la sensibilité aux médicaments et les altérations induites par le cancer sur plus de 1 000 lignées annotées, contextualisant davantage les réponses de la lignée U2OS dans le contexte plus large de l’oncologie [22].

L’axe miR-16-1-3p/MDM2/p53 s’est révélé être un régulateur important de la signalisation du TGF-β1 dans l’ostéosarcome. Xue et al. ont démontré que la surexpression de miR-16-1-3p réduisait considérablement le potentiel prolifératif et clonogénique des cellules U2OS, tandis que son association à un traitement au TGF-β renforçait fortement l’arrêt en phase G1 et supprimait presque entièrement la capacité de croissance tumorale [23]. La même étude a montré que le miR-16-1-3p inhibait le remodelage de l’actine induit par le TGF-β ainsi que les changements associés à la transition épithélio-mésenchymateuse, et que cette co-administration augmentait la sensibilité au cisplatine dans les cellules U2OS de type sauvage et réduisait le volume des nodules tumoraux ainsi que les métastases dans le modèle de la membrane chorio-allantoïdienne de poulet, apportant ainsi un éclairage mécanistique sur la manière dont ce microARN supprime la branche pro-métastatique de la signalisation du TGF-β. Il a été démontré que les vésicules extracellulaires dérivées d’ostéoblastes (OB-EV) modifiaient le comportement des cellules d’ostéosarcome de manière dépendante de la lignée : dans les cellules U2OS, elles ont réduit l’activité métabolique (1,30 fois) et la prolifération (1,70 fois) tout en augmentant l’apoptose (1,15 fois), tandis que la prolifération des cellules MG-63 a augmenté de 4,9 fois. Le profilage transcriptomique associé a été réalisé sur des cellules MNNG/HOS, où 296 gènes présentaient une expression différentielle; les auteurs proposent le transport des miARN comme mécanisme potentiellement impliqué, qui doit toutefois encore faire l’objet d’une validation fonctionnelle [24]. La reprogrammation métabolique dans l’ostéosarcome a été étudiée par transcriptomique unicellulaire, ce qui a permis d’identifier la stanniocalcine-2 (STC2) comme un régulateur clé de la glycolyse, dont la fonction a été validée dans les cellules MG-63 et U2OS à l’aide de l’analyse du flux extracellulaire Seahorse [25].

Réparation de l’ADN, régulation du cycle cellulaire et réponse aux dommages à l’ADN

La lignée U2OS est l’un des modèles les plus largement utilisés dans la recherche sur la réparation de l’ADN, en grande partie parce que son profil p53 de type sauvage permet d’étudier l’ensemble des réponses aux dommages dépendantes de p53. Une étude à l’échelle du génome a cartographié le transcriptome régulé par le cycle cellulaire de la lignée U2OS, identifiant 2 140 transcrits exprimés périodiquement correspondant à 1 871 gènes uniques au cours de multiples cycles cellulaires synchronisés [52]. En combinant les données de ChIP-seq du facteur de transcription FOXM1 en phase G2/M avec les données de ChIP-seq déjà publiées pour E2F1, E2F4, E2F6, GABPA et du complexe DREAM, les auteurs ont démontré que FOXM1 active fortement les promoteurs des gènes de la phase G2/M et n’active que faiblement ceux induits en phase S, et qu’un ensemble central de gènes du cycle cellulaire commun à U2OS et à HeLa est lié par plusieurs facteurs de transcription du cycle cellulaire. Cet ensemble de données a permis d’établir que la lignée U2OS constituait un deuxième modèle humain caractérisé de manière indépendante pour la cartographie du transcriptome du cycle cellulaire et demeure une référence largement utilisée pour les études sur la régulation génique du cycle de division cellulaire humain.

Les mutations à gain de fonction dans PPM1D/Wip1 — la phosphatase qui inactive p53 — produisent une protéine Wip1 tronquée à l’extrémité C-terminale et hyperactive, et altèrent le point de contrôle G1 dépendant de p53 après une lésion de l’ADN; La lignée U2OS porte un tel allèle tronqué (p.Arg458Ter) de manière hétérozygote [7] [61]. Cela fait de la lignée U2OS un modèle utile pour étudier comment les troncatures de Wip1 confèrent un avantage de croissance sélectif en atténuant la réponse aux dommages à l’ADN. La variabilité intercellulaire de la réponse aux dommages à l’ADN a été quantifiée dans des cellules U2OS exposées à 2 Gy de photons; en comparant les foyers de 53BP1 et de γH2AX dans les noyaux sœurs de cellules binucléées, Płódowska et al. ont mis en évidence un bruit stochastique de cellule à cellule dans la formation des foyers de réparation, se superposant à des dommages à l’ADN répartis aléatoirement, ce bruit représentant 28 % de la variabilité totale pour les foyers de 53BP1 et 50 % pour ceux de γH2AX [26]. L’analyse des échanges de chromatides sœurs dans des lignées de sarcomes des tissus mous, y compris des cellules U2OS servant de témoins, a confirmé que la formation endogène de γH2AX est corrélée à l’instabilité génomique et pourrait permettre de prédire les réponses aux traitements endommageant l’ADN [27].

Des cellules U2OS ont été utilisées pour étudier l’expansion somatique des répétitions CAG dans la maladie de Huntington. La perturbation génétique de la poche de liaison IDL de MSH3 Y245/K246 de la poche de liaison à l’IDL a considérablement réduit l’interaction avec l’ADN et a empêché l’expansion des répétitions dans une lignée U2OS exprimant l’exon 1 mutant de la protéine HTT; de plus, le blocage pharmacologique de ce même site a réduit l’expansion des répétitions dans les cellules U2OS et, surtout, a également ralenti l’expansion dans les neurones épineux moyens dérivés de cellules iPS de patients atteints de la maladie de Huntington [28]. La lignée dérivée U2OS DR-GFP a été largement utilisée pour des essais de réparation par recombinaison homologue, et de multiples dérivés à gènes inactivés — notamment les inactivations de RAD52, TBK1 et OPTN — ont été générés afin d’analyser les composants spécifiques des voies de réparation; tous sont répertoriés comme entrées enfants de CVCL_0042 [61]. Le suppresseur de tumeur TSC2 a été identifié comme un suppresseur des granules de stress; dans un prépublication rendant compte de ces travaux, la réduction partielle de TSC2 induite par des ARNsi dans les cellules U2OS n’a pas entraîné l’apparition spontanée de granules de stress, contrairement à la perte complète observée dans les fibroblastes embryonnaires de souris, ce qui a permis d’établir que TSC2 est un régulateur de l’assemblage des granules de stress dépendant d’un seuil [29]. Des criblages à l’échelle du génome visant à détecter des délétions homozygotes et des perturbations des gènes du complexe de polarité dans des panels de lignées cellulaires cancéreuses ont également intégré les données relatives aux cellules U2OS, contribuant ainsi à l’identification de gènes cancéreux récessifs et de signatures de sites fragiles [30] [31].

Biologie circadienne et régulation génique

La lignée U2OS est devenue un modèle de référence pour la recherche sur l’horloge circadienne chez les mammifères. Ces cellules présentent des rythmes circadiens robustes et autonomes et sont couramment utilisées avec des rapporteurs de luciférase codant pour des gènes de l’horloge circadienne pour la luminométrie en temps réel. Burke et al. ont utilisé des cellules U2OS exprimant des rapporteurs à base de luciférase codant pour des gènes de l’horloge circadienne afin de montrer que la caféine allonge la période circadienne de manière dose-dépendante, et ont établi, par analyse pharmacologique et inhibition par ARNsi, que la signalisation des récepteurs de l’adénosine — plutôt que l’activité des récepteurs de la ryanodine ou de la phosphodiestérase — est responsable de cet effet [59]. Ce même système permet un criblage chimique à grande échelle : un criblage à haut débit de médicaments existants sur des cellules U2OS a révélé qu’environ 5 % d’entre eux modifiaient la période circadienne, ce qui a permis d’identifier la déhydroépiandrostérone comme un composé raccourcissant la période et d’impliquer les protéines ABL1, ABL2 et la kinase BCR dans la régulation de la période [60]. Ces propriétés ont été largement exploitées pour caractériser les mécanismes moléculaires régissant la boucle de rétroaction transcription-traduction centrale BMAL1/CLOCK et ses interactions avec les voies oncogéniques.

Un prépublication récente a étudié la nature circadienne endogène de c-MYC dans les cellules U2OS. En générant un rapporteur c-MYC et en comparant sa phase d’oscillation à celle des rapporteurs BMAL1 et PER2, Kalyanaraman et al. ont rapporté que le promoteur de c-MYC oscille de manière rythmique dans les cellules U2OS — une lignée présentant des niveaux de MYC intrinsèquement faibles — et qu’il oscille en déphasage par rapport aux composants centraux de l’horloge [32]. Un modèle computationnel élaboré à partir de ces résultats a suggéré que MYC agit comme un perturbateur de l’horloge dont le moment d’action minimise son impact négatif sur la synchronisation circadienne — une découverte qui a des implications pour la compréhension de la façon dont la surexpression oncogénique de MYC perturbe la physiologie circadienne. En tant que prépublication, ce travail n’a pas encore fait l’objet d’une évaluation par les pairs. Il illustre néanmoins la pertinence de la lignée U2OS pour étudier simultanément la fonction des oncogènes et la régulation circadienne.

La lignée U2OS est négative pour la télomérase et maintient ses télomères grâce à l’allongement alternatif des télomères (ALT), ce mécanisme basé sur la recombinaison qui a été documenté pour la première fois dans un sous-ensemble de tumeurs et de lignées cellulaires dérivées de tumeurs par Bryan et al. [58]. Cela en fait un modèle de référence pour la recherche sur l’ALT, un mécanisme actif dans un sous-ensemble de cancers, notamment les ostéosarcomes. Cette lignée est également fréquemment utilisée dans les études sur la dynamique des modifications des histones, l’architecture nucléaire et l’organisation de la chromatine, grâce à ses gros noyaux et à sa facilité d’observation optique. Des dérivés d’histones et de pores nucléaires marqués par fluorescence — notamment la lignée U2OS EGFP-H2B et plusieurs lignées NUP96 marquées par CRISPR dérivées de la lignée U2OS — ont permis l’imagerie quantitative de la chromatine et des processus de transport nucléaire avec une haute résolution spatiale [61].

Endocytose et transport intracellulaire

La lignée U2OS s’est imposée comme un modèle de référence pour l’étude de l’endocytose médiée par la clathrine (CME) et de l’activité de la GTPase dynamine, grâce à sa forte capacité d’internalisation des récepteurs et à son aptitude à servir de modèle pour des essais quantitatifs de CME par fluorescence mesurant l’absorption de la transferrine-Alexa594. Une série de composés de type « sulfonadyn » — des arylsulfonamides dérivés d’analogues de la dansylcadavérine — a été caractérisée comme des inhibiteurs compétitifs du GTP de la dynamine I et de la dynamine II, en utilisant les cellules U2OS comme principale plateforme de test de la CME [33]. Une analyse cinétique de Michaelis-Menten dans ce système a confirmé le mécanisme d’inhibition, et l’analogue le plus puissant a également démontré une activité antiépileptique dans des modèles animaux, positionnant ainsi les tests de CME basés sur les cellules U2OS comme un outil de recherche translationnelle pour la découverte de médicaments neurologiques.

Par ailleurs, la bolinaquinone — un sesquiterpène hydroxyquinonique d’origine marine — et des analogues de naphtoquinone apparentés ont été évalués quant à leur activité inhibitrice de la CME dans des cellules U2OS; une optimisation structurelle guidée par la théorie fonctionnelle de la densité a permis d’obtenir des analogues dont la puissance a été considérablement améliorée tant contre la GTPase de la dynamine que contre la CME [34]. Ces études illustrent comment les essais de CME basés sur les cellules U2OS constituent une plateforme sensible et reproductible pour les études de relation structure-activité sur les inhibiteurs de l’endocytose. L’expression constante des récepteurs et la cinétique d’internalisation prévisible de cette lignée en font un système cellulaire de choix pour ce type de recherche.

Le devenir des oligonucléotides antisens (OAS) après leur absorption cellulaire a été suivi dans des cellules U2OS à l’aide de la microscopie sur cellules vivantes, de mesures ratiométriques du pH et de la microscopie électronique à balayage tridimensionnelle à faisceau ionique focalisé. Dans un prépublication rendant compte de ces travaux, Sitarska et al. ont montré que, même dans des conditions réduisant l’ARN cible de plus de 90 %, moins de 4 % des ASO internalisés atteignaient le noyau, et que les ASO s’accumulaient dans les endosomes tardifs, les endolysosomes et les lysosomes, où ils induisaient une neutralisation luminale sans recrutement de la galectine-3 ni rupture de la membrane limitante [35]. Les auteurs proposent qu’une évasion productive se produise plutôt plus tôt au cours de l’endocytose, très probablement dans les endosomes précoces ou de recyclage. Des cellules U2OS ont également été utilisées dans un test d’activation du récepteur du GLP-1 (GLP-1R) — une lignée U2OS exprimant des biocapteurs Nomad sensibles à l’AMPc — afin d’évaluer les effets métaboliques d’un extrait de bergamote formulé sous forme de phospholipides, démontrant ainsi l’utilité de cette lignée en tant que plateforme d’expression de récepteurs modifiée pour la pharmacologie des produits naturels [36]. La technologie des cybrides, utilisée pour l’étude des mutations de l’ADN mitochondrial, a été perfectionnée grâce à la validation de dérivés sans ADNmt (ρ0) nouvellement développés des lignées HCT116, HT1080 et U2OS en tant que lignées cellulaires receveuses pour la génération de cybrides transmitochondriaux [37].

Protéomique, génomique et plateformes multi-omiques

La lignée cellulaire U2OS a constitué une référence clé dans les initiatives de protéomique à grande échelle. Le premier profil protéomique dédié de la lignée U2OS a été généré par Niforou et al. à l’aide d’une électrophorèse bidimensionnelle sur gel couplée à la spectrométrie de masse MALDI : environ 3 000 taches ont été prélevées sur deux gels 2-DE et analysées, ce qui a permis d’identifier 237 produits géniques distincts, parmi lesquels 11 proto-oncogènes liés au caractère cancéreux de la lignée [16]. Des travaux ultérieurs basés sur la spectrométrie de masse ont quantifié le protéome absolu de cette lignée en interphase et en mitose — décrite dans la publication comme une lignée cellulaire humaine couramment utilisée et attribuée à U2OS dans Cellosaurus —, montrant l’expression d’au moins environ 10 000 protéines couvrant sept ordres de grandeur en abondance cellulaire, jusqu’à 20 millions de copies par cellule [38] [61]. Une protéomique comparative portant sur onze lignées cellulaires courantes a montré que la lignée U2OS partage un noyau de protéines exprimées de manière ubiquitaire tout en présentant des variations spécifiques au type cellulaire au niveau des sous-ensembles fonctionnels [39].

Une protéomique à grande échelle de la surface cellulaire, réalisée à l’aide de la technologie Cell Surface Capture, a permis de répertorier le « surfaceome » de la lignée U2OS aux côtés de 40 autres types de cellules humaines (41 types de cellules humaines et 31 types de cellules de souris au total), fournissant ainsi une ressource pour l’identification de cibles de surface accessibles sur le plan pharmacologique [40]. Des études de typage HLA et de prédiction des néo-épitopes ont intégré la lignée U2OS pour soutenir le développement de cibles en immunothérapie contre le cancer [41] [42]. La caractérisation par micropuces protéiques en phase inverse de plus de 650 lignées cellulaires cancéreuses, dont la lignée U2OS, a démontré que les données phosphoprotéomiques offrent un pouvoir prédictif de la sensibilité aux médicaments supérieur à celui obtenu par les seules mesures d’ARNm [43]. La carte protéomique pan-cancéreuse couvrant 949 lignées cellulaires a permis d’intégrer davantage les données protéomiques de la lignée U2OS aux criblages d’essentialité par CRISPR et aux données de réponse aux médicaments, révélant ainsi des milliers de biomarqueurs protéiques de la vulnérabilité au cancer [44].

La caractérisation à l’échelle du transcriptome de 675 lignées cellulaires cancéreuses par séquençage de l’ARN a permis de répertorier les fusions géniques, les signatures de mutations et l’expression de séquences non humaines dans la lignée U2OS [45]. La caractérisation CCLE de nouvelle génération a élargi le profilage pour inclure des données sur la méthylation de l’ADN, la modification des histones, l’expression des microARN et l’épissage de l’ARN sur 1 072 lignées, la lignée U2OS contribuant aux analyses intégratives des caractéristiques moléculaires sous-jacentes aux réponses aux médicaments [46]. La protéomique quantitative du panel CCLE a permis d’identifier une dérégulation des voies de signalisation au niveau protéique qui n’apparaissait pas à partir des seules données génomiques ou transcriptomiques [47]. La technique de « Cell Painting », combinée au profilage protéomique thermique dans les cellules U2OS, s’est révélée une stratégie puissante pour déduire le mécanisme d’action des médicaments en intégrant le profilage morphologique à la détection impartiale des cibles protéiques [17]. Les ensembles de données protéomiques de la lignée U2OS font également l’objet d’un contrôle de la qualité au niveau du virome : un processus de xénoprotéomique visant la détection non ciblée de protéines virales dans les données protéomiques a été mis au point comme étape de dépistage générale, les auteurs recommandant que chaque ensemble de données protéomiques cellulaires fasse l’objet d’un test de détection des protéines non humaines avant publication [48]. Une analyse épigénomique intégrative de l’ostéosarcome intégrant les cellules U2OS a permis d’identifier 350 gènes présentant des aberrations génétiques et épigénétiques concordantes, ce qui a permis de mieux comprendre le paysage régulateur régissant la progression des tumeurs osseuses [49]. L’expression protéique dans des microréseaux cellulaires a également été évaluée à l’aide de cellules U2OS intégrées dans des matrices d’agarose, ce qui a permis le profilage simultané de plusieurs lignées cellulaires sous forme de microréseau tissulaire [50]. Les réponses précoces des marqueurs des cellules U2OS à des extraits d’une greffe osseuse xénogénique enduite d’acide hyaluronique ont été caractérisées par qRT-PCR : RUNX2 a été surexprimé de 2,61 fois (p = 0,01), tandis qu’aucun effet significatif n’a été rapporté pour COL1A1, et les différences observées dans l’activité métabolique ne sont pas restées significatives après correction par la méthode FDR [51]. Les auteurs qualifient cette étude d’exploratoire et préconisent une validation sur des cellules primaires et dans des modèles in vivo.

Conclusion

U2OS (CVCL_0042) est une lignée cellulaire d’ostéosarcome humain remarquablement polyvalente qui a contribué à des avancées fondamentales dans la recherche sur les néoplasmes osseux, la biologie de la réparation de l’ADN, la science des rythmes circadiens, la pharmacologie de l’endocytose et le profilage omique à grande échelle. Son profil TP53 de type sauvage, sa morphologie épithéliale adhérente, son temps de doublement rapide et sa caractérisation multi-omique approfondie en font un modèle expérimental exceptionnellement bien étayé. Des premières études de typage HLA aux criblages fonctionnels contemporains basés sur CRISPR et au profilage de médicaments par « Cell Painting », la lignée U2OS s’est continuellement adaptée aux besoins de la communauté de la recherche biomédicale. Les chercheurs à la recherche d’un modèle fiable et abondamment documenté pour la biologie de l’ostéosarcome, la régulation du cycle cellulaire, la réponse aux dommages à l’ADN ou le criblage de composés à haut débit trouveront en U2OS un outil indispensable. Consultez les spécifications complètes ou commandez des cellules U2OS directement sur cytion.com.

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