Changements phénotypiques caractéristiques de l’état sénescent

Changements phénotypiques caractéristiques de l’état sénescent 

Les cellules sénescentes présentent différentes caractéristiques (Figure 1) qui permettent de définir cet état. Cependant, ces caractéristiques peuvent partiellement différer en fonction du type cellulaire et/ou de l’inducteur de sénescence. Le temps est aussi un facteur à prendre en compte dans la caractérisation du phénotype sénescent . En effet, la sénescence est un état dynamique dont les différentes caractéristiques peuvent s’établir avec une cinétique propre qui peut varier, là aussi, en fonction du type cellulaire ou de l’inducteur de sénescence. Dans cette première partie, nous allons décrire les principaux changements phénotypiques qui définissent la sénescence, dont certains sont couramment utilisés comme marqueurs de sénescence .

Arrêt dans le cycle cellulaire 

Les cellules sénescentes sont arrêtées dans le cycle cellulaire majoritairement en phase G1 et dans une moindre mesure en phase G2 . La cellule sénescente acquiert de ce fait des marqueurs d’arrêt du cycle. Parmi ces marqueurs, on trouve les inhibiteurs des kinases dépendantes des cyclines (CKI) p16INK4A (CDKN2A) et p21WAF1/CIP1 (CDKN1) dont les expressions sont augmentées transcriptionnellement à la sénescence. P16INK4A inhibe les complexes cycline D/CDK6 et cycline D/CDK4 qui sont responsables de la transition G1/S. P21WAF1/CIP1 inhibe également ces deux complexes, mais aussi les complexes cycline A/CDK1 et cycline A/CDK2, ainsi que le complexe cycline B/CDK1 associé à la transition G2/M. Ces inhibitions conduisent à une hypophosphorylation de Rb, ce qui va autoriser sa fonction inhibitrice d’E2F, un facteur de transcription dont l’activité est essentielle à la transition G1/S. L’une des conséquences de cet arrêt en phase G1 est l’accumulation de la cycline D1.

Changements morphologiques

Il est bien connu que les cellules sénescentes subissent des changements morphologiques. Elles s’étalent plus sur leur support de culture, ont une taille plus importante associée à une augmentation du volume du noyau et du cytoplasme, et présentent éventuellement un changement de forme (les fibroblastes par exemple passent d’une forme en fuseau à une forme étoilée). Il a été montré que, dans les cellules épithéliales, l’augmentation du volume cellulaire était due à l’activation de la voie mTOR (Mechanistic Target Of Rapamycin). mTOR est une sérine/thréonine kinase ayant de très nombreuses cibles lui permettant de réguler divers phénomènes tels que les synthèses protéique, nucléotidique et lipidique, l’autophagie, la survie et la prolifération. mTOR agit en complexes appelés mTORC1 et mTORC2. mTORC1, en inhibant 4EBP1 (eIF4E Binding Protein 1), permet la libération de eIF4E (eukaryotic translation Initiation Factor 4E) qui, associé à eIF4G, permet l’initiation de la traduction et donc l’augmentation de la production totale de protéines .

L’étalement et les changements de forme des cellules sénescentes sont associés à un réarrangement du cytosquelette, avec notamment une augmentation de l’expression de la vimentine et une réorganisation des protéines d’adhérence telles que la vinculine et la paxilline .

Activité SA-β-galactosidase
L’une des caractéristiques les plus connues de la sénescence est l’augmentation de l’expression et de l’activité de la β-galactosidase, appelée Senescence Associated beta-Galactosidase (SA–Gal). L’activité de cette enzyme lysosomale codée par le gène GLB1 est un marqueur fréquemment utilisé pour détecter la sénescence. L’activité SA–Gal est mesurée à pH 6 in vitro et in vivo. Ce pH n’est pas le pH optimal pour l’activité de cette enzyme, mais la charge importante de cette enzyme dans les cellules sénescentes permet la détection de leur activité à ce pH suboptimal de façon différentielle par rapport à des cellules proliférantes. Néanmoins, cette activité est également détectable en quiescence induite par la privation de sérum ou la confluence cellulaire .

Altérations mitochondriales, stress oxydant et changements métaboliques associés à la sénescence 

La cellule sénescente est métaboliquement active, mais son métabolisme est modifié par rapport à une cellule en croissance exponentielle. De plus, elle présente un niveau de stress oxydant élevé. Au niveau mitochondrial, il a été démontré un défaut dans la chaîne respiratoire. Ainsi, une diminution de l’activité du complexe II de la chaîne respiratoire, qui entraîne une baisse du potentiel membranaire et une augmentation de la formation d’espèces réactives de l’oxygène, a été observée dans de la sénescence induite par irradiation. De plus, la dynamique mitochondriale est également  affectée. Il a été démontré une baisse de l’expression de FIS conduisant à une diminution de la fission des mitochondries dans les cellules sénescentes et ainsi à la formation de mitochondries géantes et allongées. Ceci pourrait impacter le contrôle qualité des mitochondries en empêchant leur autophagie . Cette altération morphologique des mitochondries est accompagnée d’une augmentation de leur masse au sein de la cellule sénescente .

Notre équipe a montré que la sénescence des kératinocytes épidermiques humains était associée à une augmentation d’expression et d’activité du facteur de transcription NF-B. Ceci conduit à une augmentation de l’expression de la MnSOD (Manganese Superoxide Dismutase). Cette enzyme mitochondriale convertit l’anion superoxyde O2.- en peroxyde d’hydrogène. En l’absence d’une augmentation coordonnée de l’expression de la catalase ou de la glutathion peroxydase pouvant éliminer le peroxyde d’hydrogène, la concentration de celui-ci augmente dans les cellules . Ce stress oxydant est responsable de dommages oxydants tels que des cassures simple brin de l’ADN, des bases oxydées, la formation de lipofuscine ainsi qu’une augmentation de la mitophagie. De plus, ce stress oxydant, via les cassures simple brin de l’ADN induites, a été montré comme responsable de la survenue de la sénescence des kératinocytes .

La sénescence est également accompagnée d’une augmentation des rapports AMP : ATP et ADP : ATP. L’augmentation du rapport AMP : ATP induit l’activation de l’AMPK (AMP-activated Protein Kinase). L’AMPK est impliquée dans la phosphorylation de p53. Elle est aussi responsable de l’augmentation de l’expression de p21 et p27 consécutive à la phosphorylation de p53 et de la répression de gènes favorisant la prolifération comme la cycline A. Ceci a été montré dans les cellules endothéliales . Néanmoins, il est à noter que de nombreuses études montrent au contraire une diminution de l’activité de l’AMPK lors de la sénescence, notamment dans les fibroblastes .

La sénescence est aussi associée à une diminution de la concentration en NAD+ qui sert de substrat pour l’activité de nombreuses enzymes. C’est le cas de la Sirtuine 1, une enzyme qui, en présence de NAD+, désacétyle p53 afin de prévenir son activation  . Le métabolisme des glucides est aussi modifié dans les cellules sénescentes, avec une augmentation de la glycogenèse. . On observe également une modification du métabolisme des lipides avec une augmentation de surface des membranes associée à l’augmentation de la taille de la cellule et du nombre de ses organites. Cette lipogenèse est dirigée par le facteur de transcription SREBP1.

Augmentation de l’activité autophagique 

L’autophagie, qui signifie « se manger soi-même », décrit le phénomène par lequel la cellule dégrade ses propres composants par un mécanisme impliquant les lysosomes. Il existe trois types d’autophagie : la microautophagie, la macroautophagie et l’autophagie médiée par les chaperonnes. La microautophagie consiste en la captation directe de composants à dégrader par invagination des membranes lysosomales. La macroautophagie met en jeu une étape d’englobement des composants à dégrader par une double membrane créant ainsi un autophagosome. Cet autophagosome fusionne ensuite avec un lysosome, afin de dégrader les composants séquestrés. L’autophagie médiée par les chaperonnes (ou CMA, Chaperone Mediated Autophagy) nécessite une séquence KFERQ dans les protéines à dégrader. Cette séquence est reconnue par la chaperonne HSC70 qui amène la protéine cible jusqu’au lysosome au niveau du récepteur LAMP2A. L’oligomérisation de ce récepteur permet alors de faire rentrer la protéine à l’intérieur de la lumière du lysosome dans laquelle elle sera dégradée .

Table des matières

Introduction
Chapitre 1 : Sénescence cellulaire : définition et rôle dans les cancers
I. Changements phénotypiques caractéristiques de l’état sénescent
A. Arrêt dans le cycle cellulaire
B. Changements morphologiques
C. Activité SA-β-galactosidase
D. Altérations mitochondriales, stress oxydant et changements métaboliques associés à la sénescence
E. Augmentation de l’activité autophagique
F. Stress réticulaire et activation de la voie UPR
G. Changements épigénétiques
H. Sécrétome associé au phénotype sénescence (SASP)
I. Résistance à l’apoptose
II. Principaux mécanismes inducteurs de sénescence
A. Dommages à l’ADN associés à la sénescence et voies de signalisation
1. Dommages à l’ADN induisant la voie DDR
2. Cassures simple brin et activation de la voie SSBR
3. SSB, DSB et fourches de réplication bloquées non réparées : de puissants inducteurs de sénescence
B. Sénescence réplicative
C. Sénescence prématurée induite par le stress oxydant
D. Sénescence induite par activation oncogénique
E. Sénescence induite par les thérapies anti-cancéreuses
F. Cas particulier du Senescence-Messaging Secretome : induction de la sénescence par le SASP
III. Principaux marqueurs de la sénescence
IV. Sénescence et cancer
A. Le rôle antitumoral intrinsèque de la sénescence
B. Le rôle ambigu du SASP dans la pathologie cancéreuse
C. La sénescence et la résistance aux thérapies antitumorales
D. Rôle de la sénescence dans l’initiation tumorale
V. Élimination des cellules sénescentes et conséquences
Chapitre 2 : Sénescence cellulaire : Rôles en radiothérapie externe anticancéreuse
I. Principe de la radiothérapie externe conformationnelle 3D par faisceaux de rayons X
A. Rappel de quelques principes physiques
B. Caractéristiques des accélérateurs utilisés en radiothérapie conformationnelle 3D
1. Source
2. Ciblage
C. Dosimétrie
D. Effets de bord
II. Effets biologiques induits par la radiothérapie externe conformationnelle 3D par faisceaux de rayons X
A. Origine des dommages cellulaires
B. Effets induits dans les cellules présentes dans le PTV
1. Endommagement de l’ADN
2. Endommagement des mitochondries
3. Endommagement de la membrane plasmique
C. Mort cellulaire radio-induite
1. Apoptose
2. Mort par autophagie
3. Nécrose et nécroptose
4. Catastrophe mitotique
D. Sénescence radio-induite
III. Effet bystander
IV. Effets biologiques induits par la dose déposée hors champ
Chapitre 3 : Cancers secondaires postradiothérapie
I. Définition
II. Risque relatif et facteurs de risque de développer un cancer secondaire postradiothérapie
III. Types de cancers secondaires post-radiothérapie : focus sur les sarcomes
IV. Localisation des cancers secondaires par rapport au territoire traité
V. Génétique et transcriptomique des sarcomes postradiothérapie versus sarcomes sporadiques
Chapitre 4 : Projet de thèse
I. Hypothèse du projet
II. Les objectifs du projet de thèse
Chapitre 5 : Résultats
I. Dispositif expérimental d’irradiation de cellules
II. L’irradiation induit des cassures simple brin dans les cellules positionnées en marge du PTV
A. L’irradiation induit des foyers XRCC1 en marge du PTV
B. L’irradiation induit des SSB dans des NHDF positionnés en marge du PTV
C. Une continuité de la matière depuis le PTV est requise pour la formation de SSB dans les cellules positionnées en marge
Conclusion

Télécharger le rapport complet