Sénescence partie 2 PDF

Summary

This document details the role of telomerase in controlling cellular senescence. It discusses the structure and function of telomerase, its role in maintaining telomere length, and its connection to cancer. The document also describes the different ways in which cells can enter a state of senescence independent of telomeres.

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UE : PAB avec Pr Pretet Binôme 76 : Les krabs 25/10/2024 de 11h à 12h 4. Contrôle de la sénescence : la télomérase La principale enzyme dans le contrôle de la sénescence est la télomérase, elle reconstitue les télomères. La télom...

UE : PAB avec Pr Pretet Binôme 76 : Les krabs 25/10/2024 de 11h à 12h 4. Contrôle de la sénescence : la télomérase La principale enzyme dans le contrôle de la sénescence est la télomérase, elle reconstitue les télomères. La télomérase est constituée de sous-unités : Structurale, TERC (Telomerase RNA Component) : o Composé d’un ARN qui a une structure complexe de 451 pb : hTR (Human Telomerase RNA component) o Partiellement double brin, forme des boucles o Structure secondaire complexe : plusieurs domaines ▪ Domaine H/ACA : permet l’attraction avec la dyskérine (= protéine qui est associée à la télomérase) ▪ Pseudo nœud : Partie de l’ARN qui interagit avec les télomères Porte la séquence informative CAAUCCCAAUC : o C’est la séquence complémentaire de la séquence consensus dans les télomères o Capable de reconnaître la totalité ou une partie de la séquence télomérique et de s’hybrider avec o Sert d’amorce au niveau du télomère ▪ Sous unité catalytique : hTERT (Human Telomerase Reverse Transcriptase = transcriptase inverse cellulaire) : o ADN polymérase, ARN dépendante o Grosse protéine composée d’acides aminés o Localisée dans le noyau o Activité catalytique de transcriptase inverse : ▪ Transcrit l’ARN en ADN ▪ Aux mêmes propriétés qu’une reverse transcriptase ARN dépendante ▪ Permet de synthétiser de nouveaux télomères, à partir de la séquence informative ▪ Dyskérine (DYS) se lie à hTR (sous unité structurale) via la boîte H/ACA : cela facilite l’association de hTR avec hTERT en augmentant la stabilité du complexe Pour avoir une télomérase fonctionnel il nous faut 2 trimères via TERT-TERC-DYS (6 éléments en tout) NB schéma : RNA template = matrice, séquence informative. Sur le plan pratique la télomérase fonctionne comment ? On a un brin d’ADN avec une extrémité télomérique, (sur cette séquence télomérique on a la séquence consensus TTAGGTTAGGG), une protéine d’amorçage va venir au bout de ce brin d’ADN qui, à partir de nucléotide, va venir remplir/compléter la séquence informative à l‘extrémité du chromosome pour reconstituer de bout en bout les télomères en ADN complémentaire. La télomérase est une enzyme capable de reconstituer les télomères. (Il est donc possible d’avoir aucun arrêt de la prolifération). Page 1 sur 8 UE : PAB avec Pr Pretet Binôme 76 : Les krabs 25/10/2024 de 11h à 12h 5. Expression de la télomérase La télomérase a une expression qui est extrêmement régulée et limitée dans le temps et dans l’espace. La télomérase est exprimée dès la fécondation, quand on a la cellule œuf qui se forme, on va avoir des proliférations massives pour former l’embryon. La télomérase va être activée, cette activation est essentielle et donc les divisions qui servent à construire l’embryon et le fœtus sont des divisions qui vont compter pour rien puisque les télomères vont être reconstitués au fur et à mesure de façon que les cellules ne perdent pas leurs capacités de prolifération (ce sont des cellules souches) Au sein de l’embryon, on observe : Perte d’expression de la télomérase o Au niveau des cellules somatiques o Au niveau des cellules germinales féminines : stock d’ovocytes défini à la naissance Conservation de l’expression de la télomérase o Pour les cellules souches : doivent conserver leurs propriétés de prolifération pour renouveler les compartiments cellulaires et tissulaires o Pour les cellules germinales masculines précurseurs des spermatozoïdes La télomérase est essentielle pour le développement embryonnaire, pour que les cellules ne vieillissent pas trop vite. V. Télomérase et cancer Les cellules cancéreuses sont des cellules immortelles (elles ont passé la crise) et transformées (reconstitution des télomères). On sait que pour qu’une cellule devienne tumorale il faut activer des oncogènes et inactiver des anti-oncogènes. Avant 1999 quand on voulait reproduire un processus de cancérogénèse complet on y arrivait pas. En 1999 on a réussi à immortaliser et à transformer des cellules avec un nombre limité d’oncogènes avec une expérience plutôt révolutionnaire qui a permis de démontrer le rôle essentiel de la télomérase. Ces travaux ont permis de mieux comprendre le fonctionnement du cancer, qui est une succession d'événements anormaux. Les expériences via la transformation de cellules ont permis d’identifier les 3 facteurs/évènements minimums pour l’immortalisation des cellules, pour l’induction d’un cancer : Expression d’un oncogène : ici, utilisation de cellules qui expriment une protéine Rasv12 o Ras : (rappel) intervient dans les voies de transduction du signal, c’est une petite protéine G qui fait une conversion de GDP en GTP afin d’être active. Cela permet ensuite d'activer Raf puis la voie des MAPK par phosphorylations successives. o Ras v12 : ▪ Protéine mutée, ▪ Active de manière constitutive la voie des MAPK et donc la prolifération cellulaire et délivre des signaux indépendamment de la présence de facteurs de croissance Page 2 sur 8 UE : PAB avec Pr Pretet Binôme 76 : Les krabs 25/10/2024 de 11h à 12h Inactivation d’un anti-oncogène : ici, introduction de l’Antigène T de SV40 (limite les anti-oncogène par un virus signal 40 qui ici est oncogène) o Cible p53 et pRB, les séquestre et induit leur dégradation, o Levée des points de contrôle du cycle cellulaire, limite les actions de blocage du cycle cellulaire à pas dit Activation de la télomérase : surexpression de hTERT (sous-unité catalytique limitante de la télomérase), permet la restauration des télomères. à Avec ces 3 évènements on va avoir une immortalisation et une transformation des cellules Expérience (application du principe) : Certaines cellules sont cultivées avec Ras muté et AgT de Sv40 : on regarde le doublement de leur population durant les 10/15/20 premiers jours. On a ensuite une stabilisation de la prolifération (=sénescence), puis un arrêt au 50e jour. On voit donc que ces deux événements ne sont pas suffisants pour induire une prolifération infinie. Lorsque l’on ajoute aux cellules précédentes l’expression de hTERT, on observe une prolifération régulière pendant au moins 125 jours. Cette expérience montre qu’il faut 3 évènements pour que les cellules s’immortalisent (les 3 évènements sont indispensables) Pour aller plus loin, les chercheurs ont étudié la longueur des télomères de kératinocytes embryonnaires humains, avec des techniques d’électrophorèse. Les cellules expriment toutes l’ AgT Les cellules expriment toutes la protéine Ras, mais celle-ci peut être mutée ou non La télomérase est présente uniquement dans certaines cellules : o En absence de la télomérase (gauche) : télomères courts, de 2 à 4 kb, qui témoignent d’un arrêt de la prolifération o En présence de la télomérase : les télomères ont une taille de 10 kb, que Ras soit mutée ou non. Il n’y a donc pas d’induction de la sénescence pour ces cellules On voit donc que l’expression d’hTERT permet de restaurer la taille des télomères. De ces deux manipulations, on peut conclure qu’il existe un lien entre la taille des télomères (+ de 10 kb) et la capacité de doublement des cellules. 1. Le modèle des HPV (=papillomavirus) Ce modèle met en jeu tous les mécanismes de cancérogenèse. Les HPV haut risque exprime 2 protéines virales considérées comme des oncogènes : E7 et E6 E7 : protéine capable de se fixer sur pRb et d’induire sa dégradation par le protéasome o Favorise la libération des facteurs de transcription de la famille E2F o Conduit à une prolifération aberrante, par permission constitutive de la transition G1/S o Accélération de la voiture Page 3 sur 8 UE : PAB avec Pr Pretet Binôme 76 : Les krabs 25/10/2024 de 11h à 12h E6 : o Couplée à une ubiquitine ligase (E6AP), est capable de séquestrer p53 et d’induire sa dégradation par le protéasome : perte des points de contrôle car inactivation de p53 entraîne une prolifération accrue, sans nécessité de facteurs de croissance o Capable d’activer l’expression hTERT (immortalisation des cellules) pour reconstituer le télomère o On lève le pied du frein Dans les cancers liés au HPV on retrouve généralement pas de mutation de P53 et pRB (alors que P53 est muté dans 70 a 80% des cancers) car ils sont dégradés par E7 et E6. Dans le schéma : Il manque une l’expression de l’oncogène activé, il en existe dans les cancers HPV (par exemple PIC3CA qui intervient dans la voie de transduction des facteur de croissance) mais on en parle pas car il n’est pas majeur dans le déclanchement du processus d’immortalisation. Aujourd’hui on n’a pas d’outils pour limiter l’expression de E6 et E7 et limiter les cancers. Des expériences ont tout de même montré que quand on réintroduit E2 (protéine virale, régulatrice de la transcription) dans les cellules cancéreuses, ça limite l’expression de E6 et E7 et fait mourir la cellule. Une expérience : cristallisation d’E6 pour en faire l’analyse structurale Mais pas de développement industriel suite à ces expériences Dans les cancers associe à HPV p53 et ne sont pas muté. /!\ SCHÉMA RÉSUMÉ : On peut étudier la longueur des répétitions en fonction du nombre de doublements de population Au fur et à mesure des DP, la longueur des télomères diminue (érosion) jusqu’à induction de la sénescence (signal de type cassure double brin) La cellule arrête de proliférer : Limite de Hayflick (60 DP+/-20) Page 4 sur 8 UE : PAB avec Pr Pretet Binôme 76 : Les krabs 25/10/2024 de 11h à 12h Mais on peut franchir la barrière de Hayflick (M1) limite la prolifération des cellules : en effet si la cellule est infectée par un virus oncogène (SV40, HPV) ou possède p53 et/ou pRB muté, ces bloqueurs du cycle cellulaire ne sont plus fonctionnels et la cellule peut reprendre des DP supplémentaires (entre 20 (virus) et 100 (mutations)). Les télomères continuent de s’éroder. Cependant, à un moment donné, la taille de ces télomères sera trop faible, on aura de réelles anomalies lors de la réplication de l’ADN et les cellules vont entrer en crise (M2), les télomères seront alors trop courts et les cellules mourront. Seulement, il peut y avoir quelques cellules capables de sortir de la crise et de repartir proliférer : ce sont des cellules immortelles qui réexpriment la télomérase soit artificiellement (expérience précédente), soit de manière spontanée (à la suite de dérèglements génétiques, des mutations…). Elles passent alors la crise (M2), la taille des télomères augmente à nouveau : la cellule va continuer à proliférer. ⇨ Les cellules qui survivent à la crise sont immortelles. Quand on rajoute de la télomérase et que l’on mesure la taille des télomères ils augmentent et le nombre de doublement de population part vers l’infinie. Télomérase réactivée dans tous les cancers : Mise en évidence de mutation dans le promoteur de hTERT dans les cancers, qui conduit à une hyper activation de hTERT, noter aussi des méthylations de promoteur des hTERT qui favorisent son expression. Mécanismes de régulation qui permettent une activation de la télomérase dans les cellules cancéreuses. 1. La télomérase : une cible thérapeutique La télomérase est exprimée par toutes les cellules cancéreuses (mais également les cellules souches, ce qui peut poser quelques problèmes…) ce qui en fait une cible thérapeutique importante. On peut trouver plusieurs approches : Ciblage hTERT : (sous unité catalytique de la télomérase) (transcriptase inverse) - Inhibiteurs nucléosidiques ou non nucléosidiques, In vitro, comme pour le principe du TTT du VIH. o Pas encore en essai - Oligonucléotides antisens : inhibent l’expression de la télomérase grâce à des espèces de hémi-ARN Problème de biodisponibilité, car pas très stable dans l’organisme humain. Les mécanismes d’action sont à élucider. On cible donc directement la télomérase Antisens en clinique n’existe pas ou peu. Ciblage de hTR : (sous unité structurale de la télomérase => ARN, vraiment spécifique de la télomérase) - Oligonucléotides antisens : se fixent sur hTR, perturbent sa structure et induisent sa dégradation donc télomérase ne peut pas être fonctionnelle. Limite ses activité et interactions. Cible pour empêcher les interactions avec la dysclérine. Thérapie génique : - Prodrogues sous dépendance du promoteur de hTERT. Sous la dépendance de la télomérase, libèrerait une drogue quand télomérase présente. On va injecter des prodrogues (drogues inactives), dont l’expression serait sous la dépendance du Page 5 sur 8 UE : PAB avec Pr Pretet Binôme 76 : Les krabs 25/10/2024 de 11h à 12h promoteur hTERT. Donc quand hTert est exprimé -> expression des cellules cancéreuse Utile uniquement dans les cellules exprimant la télomérase Immunothérapie/Vaccinations : (en essai clinique ) - Avec des peptides spécifiques des télomérases qui constituent un Ag tumoral « universel », vaccin qui cible les cellules tumorales (via télomérase) - Vise à vacciné contre les peptides de la télomérase A Besançon, travaux qui mettent en jeu un antigène tumoral universelle. On stimule le système immunitaire pour qu’il reconnaisse les cellules cancéreuses. On prend l’Ag tumoral universel commun à toutes les cellules cancéreuses c’est-à-dire la télomérase. Travaux d’essais cliniques de vaccination thérapeutique avec Ag tumoraux dérivés de la télomérase en cours depuis plus de 10 ans. Il faut quand même être vigilant car la télomérase est aussi exprimée dans les cellules souches. Essai clinique mené avec des résultats pour le cancer du poumon qui montre que cela fonctionne. VI. Sénescence indépendante des télomères Il existe la sénescence réplicative dépendante des télomères suite à la stimulation des voies de dommage à l’ADN, mais il existe aussi une sénescence indépendante des télomères observée dans les cultures cellulaires. 1. Stress induit par la culture in vitro : adaptation des cellules aux conditions de culture En début de cours, on a dit ‘on prend des cellules, on les met en culture et ça pousse’ or ce n’est pas aussi simple, idem pour les cellules d’un cancer seule soumises dans des cellules saines : c’est très compliqué à faire pousser, il faut des conditions de culture très spécifique. o Généralement, on aura des fibroblastes qui vont pousser quelque temps puis qui vont mourir. En effet, les cellules prélevées d’un organe sont mises dans un milieu de culture in vitro, or c’est un environnement drastique pour les cellules. Cela induit un stress perçu par la cellule de façon importante, ce qui conduit généralement à un arrêt complet de la division cellulaire. L’environnement in vitro est tel que les cellules vont être bloquées, et il y aura une forme de sénescence induite qui pourra être levée si les cellules arrivent à s’adapter aux conditions de culture. 2. Puis on a le stress oncogénique On pensait que mettre un oncogène dans les cellules suffisait à ‘faire pousser’, mais ça ne se passe pas comme ça : généralement, la cellule arrête de proliférer et finit par mourir car l’expression d’oncogène induit un stress oncogénique (car Ras est muté par exemple). Ce stress est induit par une mutation de type oncogénique, et va mener à la sénescence réplicative. La cellule a des systèmes de protection. RAS muté dans une cellule normal, elle va arrêter de proliférer => STRESS Page 6 sur 8 UE : PAB avec Pr Pretet Binôme 76 : Les krabs 25/10/2024 de 11h à 12h Quand une cellule commence à devenir cancéreuse (car Ras muté apparaît, par exemple), il y a une désactivation des voies qui conduisent à une sénescence et un blocage des cellules. Une CKI, comme p 19, peut inhiber MDM2 qui est une protéine de régulation de p53 : elle la séquestre. MDM2 est un régulateur négatif de P53 (schéma : la flèche active, le petit T inhibe). Les mutations oncogéniques «RAS» activent p19 ARF qui inhibe MDM2, on a alors une inhibition de l'inhibiteur de P53, et donc P53 va pouvoir bloquer le cycle cellulaire. On a aussi une activation de CKI p 16 qui va inhiber la phosphorylation de pRB conduisant à l’arrêt du cycle cellulaire donc à une sénescence réplicative induite par un stress oncogénique (car il continu de séquestrer E2F) C’est un peu contre-intuitif par rapport à ce qu’on nous explique habituellement mais lors de la première étape de cancérisation, quand on a un oncogène/stress oncogénique qui apparaît, la cellule sort du cycle cellulaire, on aura une sénescence. Il faut donc plusieurs événements moléculaires qui s’ajoutent et se sur ajoutent pour conduire à une immortalisation suite à la transformation des cellules, seul, l’oncogène RAS ne suffit pas. C’est là que la manipulation de 1999 prend tout son sens : une mutation de Ras ou d’un oncogène qui apparaît va normalement favoriser l’activation des MAPK. Ne pas oublier que la voie des MAPK aboutit à l’activation des cyclines, mais p53 et pRB bloqueront tout ça et c’est pour ça que dans ce contexte il faut des Ag, des mutations de p53 ou de pRB, ou des protéines E6 et E7 des papillomavirus humains pour lever le blocage induit par p53 et pRB, et donc permettre le processus de cancérisation. La cellules peut entrer en senescence indépendamment de la longueur de ses télomères. VII. Vieillissement prématuré Ici c’est l’inverse de ce que l’on observe pour le cancer : les cellules vont vieillir trop vite. 1. Syndrome de Hutchinson-Gilford = Progéria Ce syndrome donne un phénotype « âgé » aux enfants. Sur l’image, l’enfant a environ 10 ans mais il a des traits de personne âgée. Problématique de sénescence puisqu’il y a une mutation hétérozygote dans le gène LMNA (Lamine A et C, protéines nucléaires interviennent dans la structuration de la chromatine) provoquant une laminopathie. Ces lamines sont donc mutées et non fonctionnelles. Lamine protéine que l’on retrouve dans le noyau des cellule, fonction d’organiser et structurer l’ADN. Si lamine anormal => problème d’organisation Mise en évidence à Marseille l’identification de ces mutation et dev de TTT antivieillissement. Ces laminopathies se traduisent par une accumulation de lamines (protéines nucléaires qui organisent la chromatine dans le noyau) en périphérie de l’enveloppe : la modification de la structure de l’enveloppe nucléaire aboutit à une activation de la voie p53 et un blocage en phase S. Le blocage est pallié d’un raccourcissement des télomères, on a donc l’induction d’une sénescence précoce : du coup, les cellules se renouvellent peu et vieillissent. En effet, si on regarde des fibroblastes de personnes âgées, on voit que les lamines A s’accumulent en périphérie nucléaire : cela correspond à des cellules vieillies. 2. Syndrome de Werner Page 7 sur 8 UE : PAB avec Pr Pretet Binôme 76 : Les krabs 25/10/2024 de 11h à 12h Ce syndrome se traduit par une mutation (une délétion) homozygote du gène WRN (Werner syndrome) qui code un ADN hélicase et exonucléase de 3’ vers 5’. On trouve cette protéine dans le nucléole et elle est impliquée dans le phénomène de recombinaison génétique. Lorsqu’il y a mutation, on a : Une anomalie de recombinaison (problème : raccourcissement télomères). Une anomalie du maintien des télomères en état. Or si l’intégrité des télomères est atteinte, il y a activation de la sénescence réplicative, ici elle sera très précoce Cela mène par exemple à une altération de la peau, de sa structure, ou à un vieillissement prématuré. Ø La pathologie liée à l’âge : Conceptuellement la pathologie liée à l’âge est généralement en lien avec la senescence. Souvent on a des maladies dégénératives au niveau des yeux …. Des pathologies comme ostéoporose senescence des ostéoplastes. Fibroses hépatique et pulmonaire. Phénomène d’arthrite. On comprend que les cellules ne se renouvèlent pas. Dans les phénomènes de senescence on a des phénomènes inflammatoires. Cellules qui ne se renouvèle pas et meurt prématurément. Page 8 sur 8

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