Identification du surfaceome des cellules sénescentes dans l’emphysème

Contexte scientifique

L’emphysème se caractérise au cours de la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) par une destruction alvéolaire principalement causé par le tabagisme. Il touche plus de 300 millions de personnes dans le monde avec 3,3 millions de décès. Il est associé fréquemment à des maladies chroniques concomitantes, comme la sarcopénie au niveau musculaire. La sénescence cellulaire excessive apparaît comme un facteur pathogène critique dans l’emphysème et ses comorbidités.

Les cellules épithéliales de type 2 (AT2) sont les principales cellules épithéliales progénitrices, elles se différencient en cellules épithéliales de type 1 (AT1), qui couvrent 95 % de la surface alvéolaire et assurent les échanges gazeux. L’accumulation de cellules sénescentes a été décrite parmi les cellules alvéolaires épithéliales dans l’emphysème. Dans le contexte du phénotype global de « perte de tissu » associé à l’emphysème, la sénescence excessive concerne également d’autres organes que le poumon, dont le tissu musculaire squelettique.

La sénescence cellulaire est un état d’arrêt stable du cycle cellulaire associé à un phénotype sécrétoire associé à la sénescence (SASP). Les cellules sénescentes présentent une activité beta-galactosidase excessive et l’un de ces principaux biomarqueurs est l’inhibiteur du cycle cellulaire p16ink4a (p16). Des stratégies pharmacologiques sont en cours de développement (sénothérapie) afin d’alléger le fardeau des cellules sénescentes dans les tissus. Récemment, l’immunothérapie basée sur le surfaceome des cellules sénescentes est apparue comme une stratégie sénothérapeutique alternative, car le système immunitaire joue un rôle essentiel dans l’élimination des cellules sénescentes. Cependant, ces stratégies d’immunothérapie telles que les CAR T cells n’ont pas été testées dans les maladies pulmonaires, car l’effet délétère des cellules souches sénescentes ainsi que leur surfaceome spécifique doivent être déterminés. 

Nous avons pu démontrer que la délétion de p16 restaure l’architecture et la fonction épithéliales pulmonaires dans l’emphysème induit par l’élastase. Nous avons isolé des AT2 sénescents et non sénescents à partir d’alvéolosphères dérivées de biopsies pulmonaires de patients emphysémateux et contrôles, en utilisant le tri par la Spider-beta galactosidase. Les AT2 non sénescents étaient capables de former un nombre significativement plus élevé d’alvéolosphères que les cellules sénescentes.

 

Hypothèse de recherche

La sénescence des cellules souches alvéolaires est l’une des principales caractéristiques expliquant le manque de réparation au cours de l’emphysème. Ces effets délétères sur les cellules souches peut affecter non seulement les cellules progénitrices alvéolaires (AT2) mais également les cellules souches musculaires (cellules satellites, SC).

 

Objectifs

1.            Définir l’impact des cellules progénitrices alvéolaires sénescentes dans l’emphysème en combinant des modèles de souris et des cellules de patients atteints d’emphysème humain avec la formation d’organoïdes comme substitut à la régénération alvéolaire

2.            Déterminer si la sénescence cellulaire modifie de la même manière les propriétés des SC chez les patients emphysémateux.

3.            Analyser le surfaceome des cellules sénescentes identifiées comme délétères au niveau des alvéoles et du muscle pour concevoir de nouvelles stratégies d’élimination de ces cellules.

 

Méthodes

Nous utiliserons à la fois des modèles humains et murins :

1.            Tissus pulmonaires et musculaires de patients avec et sans emphysème ayant subi une chirurgie thoracique carcinologique ou de transplantation ou des biopsies musculaires, dans lesquels les cellules sénescentes peuvent être identifiées avec des sondes fluorescentes SPiDER β-gal.

2.            Modèle d’emphysème induit par la fumée de cigarette chez des souris p16Cre/+ tdTomatoflox/+ qui permet l’isolement des cellules p16Pos.

Nous trierons AT2 sénescents et non sénescents par FACS en utilisant SPiDER β-gal (équipe 1). Des SC sénescentes et non sénescentes seront isolées des biopsies musculaires de patients avec et sans emphysème (équipes 2 et 3). Nous comparerons ensuite les propriétés des cellules souches sénescentes et non sénescentes in vitro (organoïdes alvéolaires et prolifération et différenciation des SC). Le surfaceome sera déterminé en combinant RNAseq et protéomiqe des membranes cellulaires (Équipe 4).

 

Impact attendu sur la santé publique et perspectives

Ce projet vise à évaluer l’intérêt et la faisabilité du ciblage des cellules souches sénescentes dans l’emphysème par immunothérapie. Nous espérons démontrer les effets délétères des cellules souches sénescentes et déterminer un surfaceome spécifique de ces cellules sénescentes dans ces organes. Nous pourrons ensuite concevoir et de tester des immunothérapies telles que les cellules CAR T capables de cibler les cellules souches sénescentes dans nos modèles.