Vieillissement et maladies osseuses 2023 PDF

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UE « Biologie et pathologie du vieillissement » Laboratoire Gly-CRRET (Glycobiologie - Croissance, Réparation Régénération et Tissulaires) Mécanismes physiopathologiques des Université Paris Est Créteil maladies osseuses liées à l’âge Dirigée par : Pr Dulce Papy [email protected] [email protected] EVEN Benjamin Equipe arthrose Dirigée par : MCF Biochimie et Biologie Moléculaire Pr Patricia Albanese UPEC [email protected] 1  Généralités sur le vieillissement Marqueurs du vieillissement - Phénomène naturel et multifactoriel - Accumulation en fonction du temps de dommages/altérations cellulaires compromettant la fonction des cellules et des tissus. = cause générale du vieillissement Maladie liées à l’âge Comment maintenir une une santé optimale Risque de décès en fonction de l’âge ? Sénescence Stress oxydant Vieillissement Inflammation Mécanismes mis Autophagie en jeu ? Activité du protéasome Fonction/intégrité mitochondriale Maladies ostéo-articulaire Adapted from Lopez-Otin et al, 2013 – Cell 2  Définition Générale : Maladies Ostéo-articulaires « Les maladies ostéo-articulaires et musculaires sont généralement caractérisées par des douleurs (souvent persistantes) et des limitations de la mobilité, de la dextérité et du niveau global de fonctionnement, et réduisent donc la possibilité de travailler. » o 1,7 Milliards de personnes touchées dans le monde (Lancet 2020) o Premier facteur de handicap ou demande de soins de réadaptation dans le monde o Caractérisées par une limitation de la mobilité, de la dextérité et généralement accompagnées de douleurs o Englobent des pathologies qui touchent : Les articulations Prévalence ↗ Les os Les muscles 3  Définition Générale : Maladies Ostéo-articulaires Regroupe plus de 200 maladies : Atteinte soudaine et de courte durée Pathologies chroniques Ostéoporose Entorses Arthrose Fractures Polyarthrite Arthrite Juvénile rhumatoide 4  Définition Générale : Arthrose et Ostéoporose Ostéoporose Arthrose (OP) (OA) « Maladie généralisée du squelette, caractérisée par une « Résultante des phénomènes mécaniques et densité osseuse basse et des altérations de la biologiques qui déstabilisent l'équilibre entre microarchitecture osseuse, responsable d’une fragilité la synthèse et la dégradation du cartilage et osseuse exagérée et donc d’un risque élevé de fracture » de l'os situé dessous » 5  Ostéoporose : généralités o ↘ des propriétés biomécaniques de l’os ➔ perte progressive de la masse osseuse + altérations de la qualité de l’os (sa microarchitecture) o Densité minérale osseuse (DMO) est le déterminant essentiel de la fragilité osseuse o Maladie silencieuse : le + souvent détectée à la suite de fractures dites de fragilités o 200 millions de personnes atteinte o Nombre de fractures recensées chaque année (hanches, vertèbres, poignets,…) : Mondialement : 8,9 millions En France : 400 000 o Maladie multifactorielles Non modifiable Modifiable Vieillissement Tabagisme/alcoolisme Sédentarité Antécédents familiaux Médication (glucocorticoïde) 6 Sexe Féminin  Ostéoporose : généralités o ↘ des propriétés biomécaniques de l’os ➔ perte progressive de la masse osseuse + altérations de la qualité de l’os (sa microarchitecture) o Densité minérale osseuse (DMO) est le déterminant essentiel de la fragilité osseuse o Maladie silencieuse o 200 millions de personnes atteinte o Nombre de fractures recensées chaque année (hanches, vertèbres, poignets,…) : Mondialement : 8,9 millions En France : 400 000 Évolution de la masse osseuse avec l’âge o Maladie multifactorielles Non modifiable Vieillissement 7 Sexe Féminin  Physiologie osseuse « normale » o Fonctions du tissu osseux : o Soutien, o Levier pour les muscles (locomotion), o Fonction métabolique ➔ maintient de l’homéostasie calcique (99% des réserves de Ca2+) o L’os est un tissu vivant, en perpétuel renouvellement Matrice osseuse o Ostéocytes : composante cellulaire majeure (95% cellularité totale) - Minérale : hydroxyapatite de calcium o Ostéoclastes : origine CSH, spécialisées dans la résorption - Organique : 90 % de collagène type I osseuse et 10 % de protéines non collagéniques (ostéocalcine, o Ostéoblastes : origine mésenchymateuse, responsables de la ostéonectine) et de protéoglycanes formation osseuse (ostéocytes), en produisant les constituants de la matrice et en assurant la minéralisation du tissu ostéoïde - 50% d’eau 8  Physiologie osseuse « normale » o Fonctions du tissu osseux : o Soutien, o Levier pour les muscles (locomotion), o Fonction métabolique ➔ maintient de l’homéostasie calcique (99% des réserves de Ca2+) o L’os est un tissu vivant, en perpétuel renouvellement o Ostéocytes : composante cellulaire majeure (95% cellularité totale) o Ostéoclastes : origine CSH, spécialisées dans la résorption osseuse o Ostéoblastes : origine mésenchymateuse, responsables de la formation osseuse (ostéocytes), en produisant les constituants de la matrice et en assurant la minéralisation du tissu ostéoïde o Plusieurs facteurs hormonaux agissant par voie systémique (oestrogènes, …) et des facteurs locaux (TNF-α, Il-6, TGF-β, FGF, IGF, …) interviennent pour réguler et coupler les Remodelage osseux activités de résorption et de formation osseuse 9  Physiologie osseuse « normale » Remodelage osseux Destruction matrice minérale et Synthèse constituants MEC ➔ organique ➔ collagénases, collagène I, protéoglycannes, métalloprotéases et cathepsines phosphatasse alcaline, ostéocalcine 10  Déséquilibre du remodelage osseux et ostéoporose (1) Évolution de la masse osseuse avec l’âge o Augmentation rapide masse osseuse durant la croissance : forte activité du remodelage osseux o Capital osseux max atteint vers 20ans o Perte osseuse vers 50 ans chez la femme, plus tard chez l’homme o Ostéoporose se définit par un abaissement (qualitatif et quantitatif) de la masse osseuse au-delà d’une zone de risque définit associé à un risque de fracture accrue o Diagnostic se fait par mesure de la DMO, souvent suite à une fracture « ostéoporotique » 11  Déséquilibre du remodelage osseux et ostéoporose (1) Évolution de la masse osseuse avec l’âge o Augmentation rapide masse osseuse durant la croissance : forte activité du remodelage osseux o Capital osseux max atteint vers 20ans o Perte osseuse vers 50 ans chez la femme, plus tard chez l’homme o Ostéoporose se définit par un abaissement (qualitatif et quantitatif) de la masse osseuse au-delà d’une zone de risque définit associé à un risque de fracture accrue o Diagnostic se fait par mesure de la DMO, souvent suite à une fracture « ostéoporotique » o 2 catégories d’ostéoporose : o Primaire : associé à l’âge et diminution des fonctions gonadiques o Secondaire : associé à certaines conditions médicales ou médicamenteuses tel que l’hypogonadisme, hypercalciurie, polyarthrite rhumatoïde, … 12  Déséquilibre du remodelage osseux et ostéoporose (2) ↘ production facteur de Voie Wnt ↘ apport alimentaire ↘ œstrogènes croissance (IGF, TGF, FGF, …) dérégulée (carence vit D, calcique) ↗ RANKL/OPG ↘ différentiation et activité ↗ différentiation et activité ostéoblastique ostéoclastique ↘ formation ↗ résorption osseuse osseuse Ostéoblastes Ostéoclastes Perte osseuse = OSTÉOPOROSE 13  Arthrose : généralités o Dégradation du cartilage associée à un remaniement de l’os sous-chondrale et des épisodes inflammatoires (membrane synoviale) ➔ impact l’ensemble de l’articulation (remodelage articulaire) ➔ Possible douleurs dues aux frottements des os o Articulations les plus touchées : genou, hanche, doigts o Maladie de l’appareil locomoteur la + fréquente o 303 millions de personnes atteinte dans le monde o 2e cause d’invalidité en France o 1er motif de consultations chez les séniors (14 millions chaque année) o Maladie multifactorielle Excès de pression/contraintes mécaniques sur les articulations Obésité Sports intensifs Port de charges lourdes Vieillissement Antécédents familiaux Traumatisme articulaire 14 Sexe Féminin  Arthrose : généralités o Dégradation du cartilage associée à un remaniement de l’os sous-chondrale et des épisodes inflammatoires (membrane synoviale) ➔ impact l’ensemble de l’articulation (remodelage articulaire) ➔ Possible douleurs dues aux frottements des os o Articulations les plus touchées : genou, hanche, doigts o Maladie de l’appareil locomoteur la + fréquente o 303 millions de personnes atteinte dans le monde o 2e cause d’invalidité en France o 1er motif de consultations chez les séniors (14 millions chaque année) o Maladie multifactorielle Incidence de l’arthrose avec l’âge (données sur population espagnole) Vieillissement 15 Sexe Féminin  Physiologie articulaire « normale » o Articulation = jointure entre 2 os ➔ qu’est ce qui compose cette jointure ? Cartilage : avasculaire et non innervé, permet le glissement d’un os sur l’autre = amortisseur 1 seul type cellulaire ➔ chondrocytes (10% du volume total) maintient un équilibre dynamique entre synthèse et dégradation des protéines structurales de la matrice cartilagineuse MEC : composée à 65-80% d’eau et 20-35% macromolécules (collagène II et protéoglycannes) Os sous-chondral: Contribue à absorber une partie des contraintes de l’articulation (≈30%) Fortement vascularisé : zone d’échange entre os et cartilage (nutriment/déchets) Membrane synoviale : Vascularisée et innervée, formée de 2 couches (intima et sous-intima) 2 types cellulaires : Synoviocytes macrophagiques (type A) :nettoyer les débris/particules intra- articulaires (microcristaux et fragments de cartilage arthrosique) Synoviocytes fibroblastiques (type B) : synthèse de macromolécules telles que l’acide hyaluronique, certains collagènes ou encore des protéoglycanes Rôle de défense de l’articulation + production liquide synoviale (lubrifier l’articulation) 16  Physiologie articulaire arthrosique (1) o Maladie le plus souvent asymptomatique (+/-) longue avant l’apparition des premières douleurs o Diagnostic repose sur un examen radiologique ➔ présence d’ostéophytes nets et/ou d’un pincement articulaire localisé o Un score peut être établie selon le stade de l’arthrose (peut varier suivant les articulations) : score de Kellgren et Lawrence (I → IV) Exemple de différents stades de gonarthrose (genou) o Atteintes macroscopiques du cartilage : Phase 1: perte aspect lisse et œdème du cartilage + apparition les premières fissures Phase 2 : les fissures superficielles s’agrandissent de façon tangentielle à la surface. Autour de ces fissures il existe des îlots de chondrocytes proliférants. Phase 3 : l’importance des fissurations du cartilage → détachements de lambeaux de cartilage dans la cavité articulaire Phase 4 : mise à nu de l’os sous-chondral (= phase terminale) Arthrose n’est pas uniquement due à l’usure mécanique du cartilage ! ➔ MALADIE MULTI-TISSULAIRE ! 17  Physiologie articulaire arthrosique (2) Anabolism Catabolism Pathologie multi-tissulaire Articulation Articulation saine arthrosique ↘ éléments de la ↗ sécrétion MEC (Collagene II, facteurs pro- Aggrecan, HA, …) catabolique (MMP, collagénase, …) Cartilage Membrane synoviale Os sous- Adapted from chondral Wang et al, 2022 - Dégradation irréversible du cartilage Front Endocrinol - Remodelage os sous-chondral - Périodes inflammatoires (membrane synoviale) 18  OP/OA et vieillissement Ostéoporose (OP) o Instabilité génomique o Raccourcissement télomères o Epuisement des cellules souches o Sénescence cellulaire o Dysfonction mitochondriale et stress oxydant o Autophagie altérée o Altération épigénétique Arthrose o Inflammation chronique (OA) o Communication intercellulaire altérée o Perte de protéostase 19  Rappels : Sénescence Sénescence = arrêt irréversible du cycle de divisions cellulaire Principaux marqueurs de sénescence : o Arrêt cycle cellulaire : p16, p53/p21 ↗ o Intégrité lysosomal : activité β-galactosidase↗ o Réorganisation chromatine : SAHF (foyer hétérochromatine) et γH2AX↗ o Stress oxydant et dysfonction mitochondriale : ROS ↗, intégrité mitochondries altérées (forme, nombre,…) o Phénotype sécrétoire (SASP): cytokines (Il-6, Il-8, …), MMPs, chemokines, facteurs de croissance (TGF, VEGF, …) 20  Rappels : Autophagie Autophagie = processus catabolique permettant la dégradation des composants cellulaires (organelles et macromolécule) via la voie lysosomale Principaux marqueurs autophagique: o Complexe mTOR o Formation autophagosome : LC3 o Flux autophagique : p62 o Mitochondries défectueuses = mitophagie o Structure protéine altérée o Activée en réponse à divers stress pour assurer la survie cellulaire Cohignac et al, 2014 (Nanomaterials) 21  Sénescence/Autophagie vs OP/OA Quelles sont les tissus/cellules impliquées dans ces processus ? OP OA o Altération de l’homéostasie du tissu cartilagineux ➔ destruction progressive o Altération remodelage o Synthèse MEC altérée osseux o Divers processus inflammatoires (cartilage, membrane synoviale) Ostéoblastes Ostéoclastes Diminution formation osseuse Atteinte cartilagineuse ➔ Sénescence des ostéoblastes ?? ➔ Sénescence des chondrocytes ?? Médiateurs inflammatoires ou facteurs de croissance MEC altérée/ Processus inflammatoires impliqués dans le contrôle du remodelage osseux ➔ Rôle du SASP ?? ➔ Rôle du SASP ?? Dysfonctionnement du flux autophagique ➔ Diminution ?? 22  Sénescence au cours de l’OP o 1ères mise en évidence : modèle de souris de vieillissement accélérée (SAM) 1986 : diminution de l’intégrité osseuse entre 4-5 mois et 20 mois 1999 : « confirmation » sur d’autres modèles de vieillissement accélérée Mais sénescence pas considéré comme un mécanisme de l’OP o 1999-2010: o Sénescence réplicative observés dans Ostéoblastes et Cellules progénitrices o Hausse expression médiateurs inflammatoires + activateurs des ostéoclastes par les ostéoblastes o Depuis 2010 : o Les études démontrent la présence de marqueurs de sénescence durant OP o Meilleur compréhension des mécanismes de sénescence dans le développement de l’OP Développement de nouvelles cibles thérapeutiques (abordé en dernière partie) 23  Sénescence au cours de l’OP : mise en évidence 6 mois vs 24 mois ≈27ans ≈ 78ans Marqueurs Ostéocyte Ostéoclaste Ostéoblaste sénescence p16 ↗ ↗ ↗ ↗ p21 ↗ → → ↗ p53 ↗ → → → SASP 24/36 médiateurs ↗ 12/36 médiateurs ↗ 24  Sénescence au cours de l’OP : ostéocytes o Rappel : ostéocyte = cellule qui ne se divise plus (comme neurones ou hépatocytes) o Contradictoire avec sénescence = arrêt permanent des divisions cellulaires o Ostéocytes isolés de souris âgées: ↗ de p16, dommages à l’ADN, ↗ du SASP o Déplétion de cellules sénescentes : diminution perte osseuse + meilleure microarchitecture osseuse chez souris âgée (22 mois) Ostéocytes « sénescents » ➔ effets corrélés à une diminution du nombre d’ostéocytes sénescents ➔ déplétion ostéoclastes sénescents sans impact sur intégrité osseuse o Sénescence des ostéocytes pourrait être associée à une ↗ de la résorption osseuse et une augmentation de RANKL o Hypothèse sur ce phénotype similaire à la sénescence o Apoptose majeure des ostéocytes ➔ transduction des signaux pour le renouvellement osseux défectueux + perte osseuse o Sénescence = moyen de protection o Mais accumulation cellules sénescentes au cours du vieillissement aboutit au développement de l’OP 25  Sénescence au cours de l’OP : ostéoblastes + BMSC o Perte capacité de prolifération : o Raccourcissement télomères dans ostéoblastes et cellules progénitrices (BMSC) o Phénotype ostéoporotique observé chez patient présentant un raccourcissement accrue des télomères et une baisse de l’activité télomérase (Syndrome de Werner) o Hausse β-galactosidase dans BMSC o Dysfonction mitochondriale observée dans ostéoblastes o Dommages à l’ADN associée à une perte osseuse Phénotype ostéoporose Injection de BMSC (perte osseuse, ↗ RANKL) SAMP6 Souris « Saine » (phénotype ostéoporose) Effet semblerait impliqué le secretome des cellules 26  Sénescence au cours de l’OP : ostéoblastes + BMSC o Perte capacité de prolifération : o Raccourcissement télomères dans ostéoblastes et cellules progénitrices (BMSC) o Phénotype ostéoporotique observé chez patient présentant un raccourcissement accrue des télomères et une baisse de l’activité télomérase (Syndrome de Werner) o Hausse β-galactosidase dans BMSC o Dysfonction mitochondriale observée dans ostéoblastes o Dommages à l’ADN associée à une perte osseuse Prévention du phénotype ostéoporose Injection de BMSC (pas de perte osseuse, pas ↗ RANKL) SAMP6 Souris « Saine » (phénotype ostéoporose) Effet semblerait impliqué le secretome des cellules 27 Sénescence au cours de l’OP : Schéma général SASP pourrait jouer un rôle majeur dans le maintien et la physiopathologie de l’ostéoporose Pignolo et al,2021, JBMR Plus) 28  Sénescence au cours de l’OP : rôle de l’œstrogène ? (1) Lien en sénescence et déficit en œstrogène dans le développement de l’OP ? + Estradiol ou Antioxydant p16 et p16 et γH2AX↗ γH2AX↘ Ostéocyte β-gal ↗ β-gal ↘ TNFα, Il-1β, TNFα, Il-1β, Il-6, … ↗ Il-6, … ↘ Modèle animal déficient en ostéogène (souris/rat) par ovariectomie p16 et p16 et p53 ↗ p53 ↘ Cellules β-gal ↗ β-gal ↘ progénitrices ↘ Nombre et activité ostéoblastique ↗ Nombre et activité ostéoblastique ↘ Intégrité osseuse ↗ Intégrité osseuse ↗ RANKL/OPG ↘ RANKL/OPG 29 ↗ Résorption osseuse ↘ Résorption osseuse  Sénescence au cours de l’OP : rôle de l’œstrogène ? (2) Lien en sénescence et déficit en œstrogène dans le développement de l’OP ? KO p16 ↘ Nombre et activité ostéoblastique ↗ Nombre et activité ostéoblastique ↘ Intégrité osseuse ↗ Intégrité osseuse ↗ activité ostéoclastique ↘ activité ostéoclastique ↗ Résorption osseuse ↘ Résorption osseuse Modèle animal déficient en ostéogène (souris/rat) par ovariectomie 3 semaines de thérapie œstrogène Pas de modification ou légère diminution (Il- ↘ résorption osseuse 1α, MMP3, MMP9) de certains marqueurs ↗ formation osseuse de sénescence ≈ 78ans 30  Sénescence au cours de l’OP : rôle de l’œstrogène ? (3) Lien en sénescence et déficit en œstrogène dans le développement de l’OP ? BILAN o Déficit en œstrogène est associé à une hausse de la sénescence durant l’OP o Déplétion en p16 prévient l’atteinte osseuse La sénescence cellulaire semble être impliquée dans le développement de l’OP o Mais o Une étude contradictoire : modèle ovariectomie où aucune baisse des marqueurs de sénescence est observé ➔ modèle souris différent (âge, temps après ovariectomie), pas de confirmation d’OP o Modèle p16 : pas de mesure œstrogène o Critique sur certains marqueurs de sénescence utilisé : absence d’étude de la voie p21 o Trop de données sur l’humain Etudes à approfondir pour démontrer ce lien 31  Autophagie au cours de l’OP (1) o Autophagie joue un rôle majeur dans le maintien de l’homéostasie de l’os via des régulations fines de son activité Protège de l’hypoxie ou Minéralisation déprivation nutritive Différentiation BMSC en Système de détection ostéoblaste mécanique Ostéocyte Ostéoblaste Autophagie Digestion de la matrice osseuse Osteoclastogénèse Ostéoclaste o Un déséquilibre de l’activité autophagique va impacter le remodelage osseux 32  Autophagie au cours de l’OP (2) Inhibition autophagie Prévient perte osseuse via diminution activité ostéoclastique Rôle de l’œstrogène dans la régulation du flux Détérioration + rapide de la masse autophagique Inhibition autophagie des osseuse Modèle souris déficient en ostéogène ostéoblastes par ovariectomie Activation autophagie ↘ Apoptose des ostéocytes Au cours de la perte osseuse lié à ➔ réduction perte osseuse l’âge ➔ perte activité autophagique 12 semaines des ostéocytes Rat 24 mois (âgé) Bilan général : au cours de l’OP ↘ Autophagie dans ostéocytes et ostéoblastes ↗ Autophagie dans ostéoclastes 33  Bilan o Majorité des études sur le rôle de la sénescence/autophagie au cours de la physiopathologie de l’OP menée dans des modèles murins o Les ostéocytes semblent être les cellules du tissu osseux le plus impacté par les mécanismes de sénescences et d’autophagie o La déficience de l’activité et du nombre des ostéoblastes est corrélée à la sénescence o La hausse de l’activité et du nombre des ostéoclastes est corrélée à l’autophagie o Le SASP semble joué un rôle majeur dans le développement de l’OP ➔ diffusion du signal sénescent aux cellules voisines ? Nécessité d’approfondir ces connaissances afin de mieux appréhender la physiopathologie de l’OP et le rôle du vieillissement 34  Sénescence au cours de l’OA o Depuis 10-15 ans Augmentation du nombre d’études sur le développement de la sénescence au cours de l’OA Focus particulier sur les chondrocytes Principale caractéristique de l’OA = Destruction cartilagineuse impliquant les chondrocytes + destruction MEC (abordé en dernière partie) o MAIS Hypothèse actuelle : la sénescence de plusieurs cellulaires dans l’ensemble de l’articulation contribue à sa détérioration au cours de l’OA (1) Marqueurs de sénescence observés dans différent tissus de l’articulation (2) Implication de la sénescence dans le développement de l’OA 35 Sénescence au cours de l’OA : marqueurs de sénescence (1) Cartilage/chondrocytes o Chondrocyte « normal » Faible niveau de prolifération ➔ quiescent dans des conditions normales Si atteinte du cartilage ➔ prolifération des chondrocytes ↗ pour réparer le cartilage ➔ deviennent plus susceptibles d’entrer en sénescence β-galactosidase Longueur télomères p16 SASP HMGB1 ↗ ↘ ↗ (sain vs OA) (localisation nucléaire) ↘ ↗ (chondrocytes + ↗ ↗ ↘ chondroprogéniteurs) (sain vs OA) (MMP, Il-6, (localisation nucléaire) …) 36 Sénescence au cours de l’OA : marqueurs de sénescence (2) Membrane synoviale/liquide synoviale/synoviocytes o Très peu de données ➔ connaissances du rôle et implication des synoviocytes dans le développement de l’OA est récente Expression p16 ↗ dans tissu synovial de patient OA (score KL 2-3-4) Modèle de souris OA : cellules synoviales positives à p16 et β-gal ➔ synoviocytes macrophagiques ou fibroblastiques Secretome inflammatoire du liquide synovial similaire au SASP ➔ sécrétion par synoviocytes ? Chondrocytes ? Os sous-chondral o Sénescence des ostéocytes/ostéoblastes déjà démontré dans l’OP o Rôle encore peu connue dans l’OA o Modèle de souris OA : cellules du tissu osseux positive à p16 chez des souris âgées o Rôle du SASP dans le remodelage du tissu osseux au cours de l’OA ? 37  Sénescence au cours de l’OA : mécanismes mis en jeu (1) o 1ère étude montrant ce lien : marquage β-gal observée au niveau des lésions arthrosique Corrélation entre sévérité de la maladie et augmentation du nombre de cellules positives β-gal Absence de cellules positives β-gal dans le tissu éloignée de la lésion arthrosique ou patient sain Sénescence des chondrocytes liées à l’OA ? Mise en évidence par plusieurs modèles souris Protéoglycanne Dégradation ↘ collagène II ↘ Marqueurs OA Epaisseur cartilage ↘ p16 ↗ HMGB1 ↘ Marqueurs Modèle PTOA (section du ligament Il-6 ↗ sénescence p21 ↗ antérieur) 38 Jeon et al, 2017, Nat Med  Sénescence au cours de l’OA : mécanismes mis en jeu (1) o 1ère étude montrant ce lien : marquage β-gal observée au niveau des lésions arthrosique Corrélation entre sévérité de la maladie et augmentation du nombre de cellules positives β-gal Absence de cellules positives β-gal dans le tissu éloignée de la lésion arthrosique ou patient sain Sénescence des chondrocytes liées à l’OA ? Mise en évidence par plusieurs modèles souris Protéoglycanne Dégradation ↘ collagène II ↘ Marqueurs OA Epaisseur cartilage ↘ p16 ↗ HMGB1 ↘ Marqueurs Modèle PTOA (section du ligament Il-6 ↗ sénescence p21 ↗ antérieur) 39 Jeon et al, 2017, Nat Med Sénescence au cours de l’OA : mécanismes mis en jeu (2) Protéoglycanne Dégradation ↘ collagène II ↗ Marqueurs OA Epaisseur cartilage ↘ p16 ↗ HMGB1 ↘ Marqueurs Modèle PTOA Il-6 ↗ sénescence (section du ligament p21 ↗ antérieur) Protéoglycanne Dégradation ↗ collagène II ↘ Destruction cellules Epaisseur positive p16 cartilage ↗ p16 ↘ HMGB1 ↗ Modèle PTOA (section du ligament Il-6 ↘ p21 ↘ antérieur) 40 Sénescence au cours de l’OA : mécanismes mis en jeu (2) Protéoglycanne Dégradation ↘ collagène II ↗ Marqueurs OA Epaisseur cartilage ↘ p16 ↗ HMGB1 ↘ Marqueurs Modèle PTOA Il-6 ↗ sénescence (section du ligament p21 ↗ antérieur) Protéoglycanne Dégradation ↗ collagène II ↘ Destruction cellules Epaisseur positive p16 cartilage ↗ La suppression des cellules p16 ↘ HMGB1 sénescentes permet de réduire ↗ le développement de l’OA Modèle PTOA (section du ligament Il-6 ↘ p21 ↘ induit antérieur) 41 Sénescence au cours de l’OA : mécanismes mis en jeu (3) Modèle induction sénescence ➔ implication de la sénescence dans la physiopathologie de l’OA Est-ce l’induction de sénescence peut induire le développement de l’OA ? Protéoglycanne Injection dans le ↘ genou Douleur articulaire ↗ Capacité Fibroblastes locomotrice ↘ sénescents Erosion du cartilage + formation ostéophyte 42 Sénescence au cours de l’OA : mécanismes mis en jeu (4) Qu’en est-il chez l’Homme ? o Chondrocytes isolées de biopsies de cartilage de patient OA et « sain » Traitement pharmacologique (UBX0101 = « tueur » de cellules sénescentes) ➔ augmentation de 15% du taux de prolifération des chondrocytes non sénescents ➔ Diminution expression Il-6 et MMP3 o Culture 3D chondrocytes Mise en évidence de la formation d’un nouveau cartilage Jeon et al, 2017, Nat Med 43  Sénescence au cours de l’OA : rôle du SASP Hypothèse actuel : implication des chondrocytes sénescents dans l’OA seraient principalement médié par les constituants du SASP - Douleur - Érosion cartilage - Diminution capacité - Formation ostéophyte locomotrice - Inflammation synoviale 44  Sénescence au cours de l’OA : Bilan Stress mécanique Environnement ou surcharge inflammatoire (SASP) o Chondrocyte sénescent joue un rôle Sénescence majeur dans le développement de Autophagie dans l’OA l’OA Stress oxydant Atteinte du métabolisme énergétique o Malgré une hausse des marqueurs de sénescence dans les autres types cellulaires de l’articulation, peu/pas de mise en évidence de leur rôle dans l’OA o Marqueurs du SASP détectés dans liquide synoviale ➔ les synoviocytes participent à cette sécrétion (≈ 50%) o Augmentation de cellules positives à p16 dans le liquide synoviale dans modèle souris PTOA 45  Autophagie au cours de l’OA (1) o Depuis 15-20ans : signes d’une altération du processus autophagique au cours de l’OA o Depuis 5-10ans : mise en évidence plus approfondie de l’atteinte autophagique au cours de l’OA grâce à une meilleure connaissance des mécanismes autophagiques o Différents signes d’une altération autophagique au cours de l’OA Patients atteints d’OA : ➔ mTOR ↗ dans PBMC associée à ➔ Activité autophagique ↘ (LC3 et Beclin1 ↘) ➔ mTOR ↗ inflammation synoviale Activité autophagique varie selon la sévérité de la maladie ➔ Autophagie = réponse adaptative pour protéger l’intégrité cellulaire ? Double rôle de l’autophagie au cours de l’OA 46  Autophagie au cours de l’OA (2) o Redd1 : exprimée en réponse à des stress et inhibiteur de la voie mTOR Forte expression dans le cartilage humain sain mais ↘ chez les patients OA Autophagie ↘ Développement OA Souris Biogénèse mitochondriale Redd1 -/- + activité mitochondriale↘ +Il-1β - mTOR ↗ - Collagène II ↘ Inflammation synoviale ↘ Chondrocyte Souris Sévérité de la dégradation Altération de la voie mTOR participe PTOA + rapamycine du cartilage ↘ au développement de l’OA 47  Autophagie au cours de l’OA (3) o PPARγ = récepteur nucléaire qui contrôle la transcription de nombreux gènes impliqués dans la différentiation, la prolifération ou l’apoptose. ↗ Médiateurs inflammatoires + cataboliques (COX2, MMP-13, Collagène II) Phénotype OA Inflammation synoviale + Souris fibrose PPARγ -/- Souris (14 mois) Souris (14 mois) Contrôle PPARγ -/- ↗ Médiateurs inflammatoires + cataboliques (COX2, MMP-13, Collagène II) Accélération phénotype OA mTOR ↗ Associée à une baisse LC3, Atg5, ULK1 ↘ de l’autophagie Souris PTOA PPARγ -/- Souris Souris (PTOA) 48 PPARγ -/- PPARγ -/-  Autophagie au cours de l’OA (4) o PPARγ = récepteur nucléaire qui contrôle la transcription de nombreux gènes impliqués dans la différentiation, la prolifération ou l’apoptose. ↗ Médiateurs inflammatoires + cataboliques (COX2, MMP-13, Aggrecan, Collagène II) Accélération phénotype OA mTOR ↗ Associée à une baisse LC3, Atg5, ULK1 ↘ de l’autophagie Souris PTOA PPARγ -/- Souris Souris (PTOA) PPARγ -/- PPARγ -/- + PPARγ -/- ↘ Médiateurs inflammatoires + cataboliques (COX2, MMP13, Aggrecan, Collagène II) PPAR prévient la hausse aberrante des médiateurs inflammatoires et catabolique et mTOR ↘ une restauration de l’autophagie LC3, Atg5, ULK1 ↗ 49  Autophagie au cours de l’OA (4) o PPARγ = récepteur nucléaire qui contrôle la transcription de nombreux gènes impliqués dans la différentiation, la prolifération ou l’apoptose. ↗ Médiateurs inflammatoires + cataboliques (COX2, MMP-13, Aggrecan, Collagène II) Accélération phénotype OA mTOR ↗ Associée à une baisse LC3, Atg5, ULK1 ↘ de l’autophagie Souris PTOA PPARγ -/- Souris Souris (PTOA) PPARγ -/- PPARγ -/- + mTOR -/- ↘ MMP13 Le double KO prévient le Et apotpose phénotype OA ↘ PPAR conduit à une compensation LC3 ↗ par ↗mTOR, et donc ↘autophagie accélérant le phénotype OA Souris Souris (PTOA) 50 control PPARγ -/-, mTOR-/-  Bilan o Nombreux marqueurs de sénescence et autophagique observés au cours de l’OA o Sénescence et autophagie (en particulier voie mTOR) participe à la physiopathologie de l’OA o Focus sur les chondrocytes : acteur majeur de la physiopathologie de l’OA o Nécessité de déterminé le rôle des synoviocytes et les mécanismes de sénescence/autophagie associée au cours de l’OA o Le SASP semble joué un rôle majeur dans le développement de l’OA ➔ diffusion du signal sénescent aux cellules voisines ? ➔ signal pro-catabolique et pro-inflammatoire ? Nécessité d’approfondir ces connaissances afin de mieux appréhender la physiopathologie de l’OP et le rôle du vieillissement 51  Traitements disponibles Ostéoporose Arthrose (OP) (OA) o Nombreux traitements disponibles o Aucun traitement curatif à ce jour : ➔ Prévenir les fractures o Traitements non pharmacologiques ➔ Prévenir le remodelage osseux anormal Maintient activité physique malgré douleur o Préventifs : OP post-ménopausique : traitement hormonal o Traitements pharmacologiques substitutifs (estrogénothérapie) Anti-douleur et anti-inflammatoire non stéroïdiens OP sénile: supplémentation vitaminoclacique Forme modérée à sévère : injection intra- articulaire corticostéroïdes, acide hyaluronique o Curatifs : accroître la masse osseuse au delà du seuil Possibilité opioïdes mais exceptionnelle fracturaire Remplacement articulation par une prothèse agent inhibant la résorption osseuse : biphosphonates, calcitonine o Thérapie cellulaire Agents stimulants l’ostéoformation : le fluor En cours de développement Utilisation de CSM ➔ Augmentation de la masse osseuse ne semble Effet anti-inflammatoire, anti-fibrotique pas toujours diminuer la fragilité osseuse de Mais forte lyse cellulaire lors de l’injection + CSM l’OP, cad incidence des fractures ne reste pas sur le site d’injection 52  Stratégies thérapeutique Thérapie ciblant la sénescence : o Sénolytiques : sélectionne et tue spécifiquement les cellules sénescentes (par apoptose sélective) o Sénomorphiques : modulation du nombre de cellules sénescentes par blocage du SASP (cible les voies de signalisations à l’origine du SASP) ➔ peu utilisés car les médiateurs du SASP peuvent intervenir dans des processus « protecteurs » (cancer, régénération tissulaire) o Nombreuses études cliniques en cours sur diverses pathologies Thérapie ciblant l’autophagie: o Pas ou peu d’études cliniques à ce jour ➔ nécessite une meilleur compréhension des mécanismes mis en jeu o Activateur/inhibiteur de l’autophagie largement utilisés en recherche fondamentale 53  Stratégies thérapeutique – Cibler les cellules sénescentes (1) o Nombreux composés sénolytique déjà utilisé en pré-clinique (modèle rongeur in vivo et in vitro et humain in vitro) o Peu/pas de résultats concluants avec les sénomorphiques Molécule utilisée Cible OP OA amélioration différenciation et fonction inhibteur Tyrosine ostéogéniques + inhibition formation Dasatinib ostéoclastes ➔ ↗ de la microarchitecture Kinase trabéculaire ↘ sénescence des BMSC, améliore potentiel Injection intra-articulaire (rat) ralentit la Quercetin Inhibiteur PI3K ostéogénique ➔ amélioration dégradation du cartilage microarchitecture osseuse combinaison des 2 améliore l’efficacité du Dasatinib + Quercetin traitement inhibiteur réduit le SASP chez la souris. Effet modéré dans Amélioration du micro-environnement Navitcolax spécifique de Bcl-2 modèle cellulaire humain inflammatoire + maintient du cartilage Rôle protecteur dans un modèle PTOA répression activité ostéoclastique + Inhibe la réponse inflammatoire dans des inhibiteur amélioration différentiation ostéoblastes chondrocytes humains atteints d’OA + Fisetin spécifique de Bcl-2 attenue l’atteinte articulaire dans modèle souris 54 Liste non exhaustive Stratégies thérapeutique – Cibler les cellules sénescentes (2) o Essais cliniques : OA et OP Molécule Voie Phase de Identifiant Cible Effets utilisée d’adminstration développement ClinicalTrials.gov Phase I : réduction de la douleur + NCT03513016 inhibiteur interaction Phase II (genou de amélioration de la fonction (34 NCT04129944, UBX0101 Intra-articulaire p53/mdm2 patient OA) patients) NCT04229225 Phase II : résultats non concluants NCT04349956 Phase I-II (genou de NCT04210986 Fisetin inhibiteur de Bcl-2 Oral En cours d’investigations patient OA) NCT04770064 Quercetin/ Inhibiteur PI3K Phase I-II (genou de Oral En cours de recrutement NCT05276895 Fisetin / inhibiteur de Bcl-2 patient OA) Quercetin + Inhibiteur PI3K Phase II (intégrité Dasatinib Inhibiteur TK Oral osseuse chez En cours d’investigations NCT04313634 ou Fisetin Inhibiteur de Bcl-2 l’humain âgé) Quercetin Oral Non applicable - NCT050371340 55  Stratégies thérapeutique – Réguler l’autophagie (1) o Uniquement études pré-clinique Molécule utilisée Mode de OP OA régulation Réduction de l’inflammation, sévérité de Activateur Perte osseuse modérée, augmentation densité l’OA dans modèle OA souris Rapamycin (inhibition mTOR) minérale (modèle rat) Réduction dysfonction mitochondriale et l’apoptose des chondrocytes humains Diminution de l’atteinte cartilagineuse via Activateur Amélioration qualité osseuse via une protection Resveratrol une restauration de l’autophagie des (inhibition mTOR) des ostéoblastes (modèle rat) chondrocytes (modèle souris) Glucosamine Activateur Améliore la survie des ostéoblastes Réduit la sévérité de l’OA Réduction de l’osteoclastogénèse et la Chloroquine Inhibiteur déplétion hormonale (modèle souris) Active autophagie ➔ réduit la progression PTH-(1-34) de l’OA (modèle souris) Liste non exhaustive 56  Stratégies thérapeutique – Bilan o Nombreuses études pré-cliniques démontrant un rôle des sénolytiques et régulateur de l’autophagie dans la diminution du phénotype OP ou OA o Etudes cliniques en cours pour certains sénolytiques, des résultats pas toujours concluant o Inconvénient principal de ces thérapies : o Sénolytiques et sénomorphiques vont agir sur l’ensemble des cellules sénescentes ➔ certaines impliqués dans processus physiologique (réparation tissulaire, cancer, …) o pas d’inhibiteur/activateur sélectif de l’autophagie ➔ peut impacter d’autres processus cellulaire o Une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires de sénescence/autophagie est nécessaire afin de trouver de nouvelles cibles thérapeutiques spécifique de l’OP et l’OA 57  Bilan général o Prévalence des maladies ostéo-articulaires augmentent avec l’âge o Hausse des marqueurs de sénescences et altération de l’autophagie impliquées dans le développement de l’OP et OA Ostéoporose Arthrose (OP) (OA) o Sénescence des ostéoblastes et ostéocytes participe au o Sénescence chondrocytaire joue un rôle majeur dans le défaut du renouvellement de l’os développement de l’OA o Activité autophagique accrue dans les ostéoclastes favorise o Rôle des autres types cellulaires encore peu connus leur activité et fonction de résorption de l’os o mTOR est un acteur majeur de la déficience autophagique o Impact majeur de l’œstrogène sur la régulation de ces durant l’OA mécanismes de vieillissement Le rôle du SASP dans le maintien de la sénescence, le développement d’un phénotype inflammatoire et l’activation de voies pathologique semble être un élément commun à l’OP et l’OA o Développement de nouvelles stratégies thérapeutiques o Peu d’étude cliniques concluantes à ce jour o Nécessité de déterminer des cibles thérapeutiques plus spécifiques aux pathologies ➔ approfondir nos connaissances actuelles 58 Merci de votre attention 59