15/03/16 HIBON Salomé L2 CR : DODIER Orianne BMCP Pr. Roll

BMCP- Sénescence et Stress cellulaire
15/03/16
HIBON Salomé L2
CR : DODIER Orianne
BMCP
Pr. Roll
16 pages
Sénescence et Stress cellulaire
A. Introduction et définitions
 !
La sénescence est un phénomène qui peut être observé in vitro dans des cellules en culture : c'est la sénescence
réplicative.
Ce phénomène se produit quelles que soient les conditions de culture. En effet, la prolifération cellulaire est
limitée ; après un certain nombre de divisions cellulaires, un arrêt " du cycle intervient en phase G1.
C'est différent de la phase quiescente en G0 qui est, elle, réversible.
#"$%&!
Les cellules sénescentes ne sont pas mortes, elles sont actives sur le plan métabolique, et peuvent survivre des
semaines voire des années.
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Plan
A. Introduction et définitions
'""()
B. Acteurs clés et mécanismes moléculaires
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#3! '-
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C. Caractéristiques de la cellule sénescente
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D. Sénescence et pathologie
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BMCP- Sénescence et Stress cellulaire
Les cellules normales ne se divisent pas
indéfiniment et le nombre de divisions
cellulaires pour lequel une population
cellulaire devient sénescente dépend du
type de cellule.
Il existe des exceptions, quelques cellules
ont une capacité d'immortalité, leur durée
de vie est illimitée. Il s'agit des cellules de
la lignée germinale, des cellules souches
embryonnaires, des cellules tumorales.
=,">?
, ,?!
""?,"!
% 
–Culture primaire : cellules en culture avec un potentiel de divisions (nombre de passages) limité. Les
cellules prolifèrent dans la boite de culture (plus ou moins rapidement en fonction de leurs capacités de
prolifération), puis arrivent en confluence (elles ont totalement envahi la boite de Pétri). Si on les laisse,
il va y avoir une inhibition de contact et elles vont entrer en apoptose. Afin de garder les cellules
vivantes, on les « décroche » de la boite en utilisant de la trypsine qui va inhiber les adhérences. Puis on
fait des « passages » : on passe les cellules dans plusieurs boites successives, en quantité moindre pour
qu’elles puissent redémarrer leur prolifération. Les cellules vieillissent au cours des passages et perdent
leur capacité de prolifération, puis entrent en sénescence.
–Lignée cellulaire : culture cellulaire établie qui va se multiplier indéfiniment. Les cellules ont dépassé
la limite de Hayflick et sont immortalisées (par exemple par introduction d'un oncogène viral ou
cellulaire).
La sénescence peut également être déclenchée précocement en réponse à un stress cellulaire : c'est la
sénescence prématurée ou induite par un stress. @?%"
"!#-
012,-,"%,%-!
Il y a une importance fonctionnelle de la sénescence : elle contribue au phénomène de vieillissement de
l’organisme. Les cellules sénescentes s’accumulent avec l’âge ce qui peut altérer l’intégrité et les fonctions
tissulaires. Mais c'est aussi un mécanisme protecteur de suppression de tumeurs, comme l’apoptose, bien qu’il
soit imparfait.
B. Acteurs clés et mécanismes moléculaires
#! *+AB/
Les protéines p53 et pRb (protéine du rétinoblastome) sont deux acteurs clés dans l’arrêt du cycle cellulaire
dans le cadre de la sénescence. Ce sont les produits (protéines) de deux gènes suppresseurs de tumeurs,
exprimés physiologiquement dans toutes les cellules normales (très faiblement pour p53), et qui contrôlent
l’expression de gènes.
–p53 est un facteur de transcription (FRT) se fixant sur les régions régulatrices de gènes cibles.
–- pRb sous forme active (hypo-phosphorylée) bloque le cycle cellulaire en phase G1 via la séquestration
du facteur de transcription E2F : c’est un frein moléculaire du cycle cellulaire.
Un stress cellulaire entraîne une modification quantitative de p53 et une modification qualitative
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BMCP- Sénescence et Stress cellulaire
(phosphorylation) de pRb, avec une inactivation des kinases CDK. Ceci entraîne un arrêt du cycle cellulaire.
Sous l’effet de signaux de
sénescence, un gène va être exprimé
et produire deux protéines, p14 et
p19, qui vont réguler négativement la
quantité de MDM2.
MDM2 est une ubiquitine ligase qui
fixe p53 et induit sa dégradation. La
quantité de p53 va augmenter car elle
sera moins dégradée, et elle induit
une augmentation de p21 qui va quant
à elle inhiber le couple cycline
E/CDK2, ce qui va provoquer un
arrêt du cycle cellulaire en phase G1.
La protéine p53 a un rôle très important puisqu’elle contrôle le moment où (c'est-à-dire après combien de
divisions cellulaires) les cellules entrent en sénescence. Pour confirmer ce rôle, on peut faire des modèles
murins :
→ Chez la souris p53-/- (KO de p53) : les cellules n'entrent pas en sénescence, cependant la souris meurt de
manière prématurée du fait d'une augmentation de formation de tumeurs. Cela montre le mécanisme
suppresseur de tumeur de la p53.
→ Chez la souris mutante avec p53 sur-exprimée : les souris sont résistantes au développement de tumeurs
mais subissent en revanche un vieillissement prématuré.
Les signaux de sénescence vont aussi
provoquer une augmentation de la protéine
p16 qui va inhiber le couple cycline
D/CDK4, ce qui va entraîner la diminution
de la phosphorylation de pRb, donc
l’augmentation de sa forme active hypo-
phosphorylée.
pRb peut alors séquestrer E2F ce qui a
pour effet l’arrêt du cycle cellulaire en G1,
le ralentissement des phases de réplication
(S) et mitose (M).
##! (")
Le phénomène de raccourcissement des télomères est à l'origine de la sénescence réplicative. Les télomères
correspondent à des séquences répétées TTAGGG associées à des protéines spécialisées formant ce que l'on
appelle un capping (un chapeau protecteur). Ils sont situés aux extrémités des chromosomes et les stabilisent,
empêchant ainsi la fusion de l’ADN entre deux chromosomes et l'instabilité.
On peut utiliser des techniques d’hybridation FISH pour les marquer.
A chaque cycle cellulaire, il y a un raccourcissement du télomère des chromosomes (on perd 50 à 200 pb à
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BMCP- Sénescence et Stress cellulaire
l'extrémité 3' à chaque réplication d'ADN). Lorsque le télomère est trop court, (%
). Il y a un arrêt des divisions, entraînant ainsi la sénescence et la mort cellulaire.
La taille des télomères dans les cellules germinales est plus importante que dans les cellules somatiques (10 kb
dans les cellules somatiques contre 15 à 20 kb dans les cellules geerminales) expliquant ainsi pourquoi les
cellules germinales se divisent plus longtemps.
Les cellules en culture entrent en
sénescence pour une longueur de
télomère donnée (pour la plupart
des cellules : entre 4 et 6 kb ce qui
correspond à un nombre de
divisions compris entre 50 et 70).
La télomérase est une enzyme dont le rôle est de lutter contre le raccourcissement des télomères et de
rallonger l’extrémité des télomères en synthétisant de l’ADN à leur extrémité 3’ en rajoutant des nucléotides.
C’est une ribonucléoprotéine (RNP),
c’est-à-dire une association d’un ARN
et d’une protéine. La présence de la
séquence d'ARN est importante dans la
mesure où elle va jouer le rôle de
matrice permettant le rallongement de
quelques nucléotides en s'hybridant
temporairement à l'ADN télomérique.
C'est grâce à ce mécanisme que l'on peut avoir le maintien de la longueur des télomères.
En réalité, la plupart des cellules n'expriment pas cette RNP ou du moins très faiblement. Seules quelques
cellules la sur-expriment de manière physiologique, ce qui explique qu’elles puissent vivre beaucoup plus
longtemps, voire indéfiniment. Ce sont les cellules germinales, les cellules souches, quelques cellules
somatiques adultes ; mais aussi, dans un contexte pathologique, les cellules tumorales.
–Les souris KO pour la télomérase (télomérase -/-) ont une durée de vie diminuée, une perte de la
fertilité, une atrophie tissulaire, une insuffisance rénale, un nombre de cancers diminué et une p53
augmentée dans les tissus.
–On peut faire des expériences d'expression ectopique : la sur-expression de la télomérase permet
l'immortalisation de fibroblastes humains.,"
?/,- la sénescence est maintenue dans les
cellules épithéliales humaines. La télomérase est un mécanisme de survie des cellules, mais ce n’est pas
le seul mécanisme en cause.
###! 012
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C"DDDD0
666,
%
!

BMCP- Sénescence et Stress cellulaire
Les lésions de l'ADN telles que les cassures double brins de l'ADN par des rayons ionisants, l'altération de
protéines (enzymes de réparation…), ou le dysfonctionnement des télomères entraînent un dépassement des
capacités de réparation. Ceci caractérise le stress cellulaire et induit la sénescence prématurée.
La matrice nucléaire est très importante pour maintenir les capacités de réparation. Elle est composée par des
protéines de la famille des filaments intermédiaires nucléaires : lamines A et C, B1 et B2, 
%"(0=,). La lamina sous l'enveloppe nucléaire forme un
réseau assez dense interagissant avec les protéines de l’enveloppe nucléaire. Il y a de plus un dialogue très
important entre les protéines de la matrice nucléaire et les fonctions du noyau (
012,!!!).
Toute anomalie de la matrice
nucléaire peut avoir un
retentissement sur la structure
et les fonctions du noyau. Par
exemple dans la Progeria, il y
a production d’une protéine
lamine A anormale, ce qui
provoque des anomalies
nucléaires et des anomalies de
réparation de l’ADN, et donc
une sénescence précoce.
#3! '-()
Le stress oxydant est en relation avec la production des espèces réactives de l'oxygène ERO, ou ROS (Reactive
Oxygen Species). Elles correspondent à la production par la mitochondrie et à partir de l’oxygène, de
différentes espèces réactives :
Elles ont un rôle physiologique (elles
ne sont pas toujours toxiques) , elles
sont produites par les cellules et elles
sont impliquées dans des cascades de
signalisation cellulaire, à des niveaux
faibles.
Ce n’est que lorsqu’elles s’accumulent
qu’elles vont avoir un rôle toxique
pour la cellule qui pourra alors entrer
en apoptose ou sénescence.
Les ROS sont contrebalancées par cinq
types de mécanismes de défense mis en
place par la cellule :
–La SOD (SuperOxyde
Dismutase) qui transforme
l’anion super oxyde O2 en
peroxyde d’hydrogène H2O2
–La glutathion peroxydase et la
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