03/03/2015 ACHILLE Flora L2 CR: CHABERT Julie BMCP Pr. Roll

BMCP – Sénescence et stress cellulaire
03/03/2015
ACHILLE Flora L2
CR: CHABERT Julie
BMCP
Pr. Roll
22 pages
Sénescence et stress cellulaire
A. Introduction et définitions
La sénescence a été premièrement montrée par Hayflick en 1961. C’est un phénomène observé in vitro
sur des cellules en culture (par exemple à partir d’une biopsie de peau) : après un certain nombre de divisions
(appelées « passage »), les cellules vont entrer en sénescence. C’est la sénescence réplicative.
Ce phénomène se produit quelles que soient les conditions de culture : la prolifération cellulaire est limitée ;
après un certain nombre de divisions cellulaire, un arrêt irréversible du cycle intervient en phase G1. La
sénescence est donc différente de la quiescence, qui est, elle, réversible.
Il y a donc une véritable « horloge mitotique » qui conditionne la cellule.
Les cellules sénescentes ne sont pas mortes, elles sont actives sur le plan métabolique, et peuvent
survivre des semaines voire des années.
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. Toutes les cellules ne sont donc pas
égales en ce qui concerne leur réplication et leur entrée en sénescence.
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Plan
A. Introduction et définitions
B. Acteurs-clés et mécanismes moléculaires
I. p53 et pRb, deux acteurs-clés dans l'arrêt du cycle cellulaire
II. Raccourcissement des télomères (sénescence réplicative)
III. Lésion de l'ADN et altération de la matrice nucléaire
IV. Stress oxydant
V. Stress oncongénique
VI.Voies métaboliques
VII. Autophagie
VIII. Les microARNs
C. Caractéristiques de la cellule sénescente
I. Modification des fonctions cellulaires avec arrêt du cycle cellulaire
II. β-Galactosidase (pH=6,0) et p16Ink4a
III. Modifications chromatiniennes
IV.Modifications du miRNome - « GeromiRs »
V. Inflammation, NF-κB - « Inflammaging »
VI.SASP ( Senescence-Associated Secretory Phenotype )
D. Sénescence et pathologie
I. Cancer
II. Progeria de Hutchinson-Gilford

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Une cellule normale a une durée de vie limitée, avec des capacités de prolifération qui vont diminuer
au cours du temps (c’est-à-dire au cours des divisions) jusqu’à atteindre une limite, appelée limite de
Hayflick, à partir de laquelle les cellules vont entrer en sénescence.
Quelques cellules sont capables de dépasser cette limite, et vont pouvoir devenir immortelles avec une durée
de vie illimitée. Parmi ces cellules, il y a celles de la lignée germinale, les cellules souches embryonnaires, et
dans un contexte pathologique, les cellules tumorales.
Culture primaire et lignée cellulaire :
-La culture primaire : Il s’agit de cellules en culture (biopsie de peau par exemple) avec un potentiel de
division (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 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.
-Les lignées cellulaires : culture cellulaire établie dont les cellules ont la capacité de se multiplier
indéfiniment. Elles ont dépassé la limite de Hayflick et sont donc immortelles.
On peut obtenir ces lignées cellulaires immortelles à partir de cellules de culture primaire en y
introduisant un oncogène (viral ou cellulaire). Dans le commerce on peut acheter des cellules
immortalisées pour faire des manipulations en recherche par exemple.
On distingue la sénescence réplicative (que nous venons d'aborder) de la sénescence précoce, due à un
stress cellulaire. Elle n’est pas conditionnée par un nombre de passages ou de divisions in vitro. On parle alors
de sénescence prématurée ou induite par le stress.
Il y a plusieurs stress cellulaires :
- Les lésions irréparables de l’ADN
- Le stress oxydant
- L’activation d’un oncogène
- Les drogues psychotoxiques
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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 elle a aussi un effet bénéfique, c’est un mécanisme de suppression de tumeurs, comme
l’apoptose, bien qu’il soit imparfait.
B. Acteurs-clés et mécanismes moléculaires
I. p53 et pRb, deux acteurs clés dans l’arrêt du cycle cellulaire
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
(phosphorylation) de pRb, avec une inactivation des kinases CDK. Ceci entraîne un arrêt du cycle cellulaire.
Le contrôle de la sénescence par la voie p53 :
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 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
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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 surexprimée : les souris sont résistantes au développement de tumeurs
mais subissent en revanche un vieillissement prématuré.
Ces expériences montrent que lorsqu’il n’y a pas de sénescence, il va y avoir une tendance à la
cancérisation ; en revanche la sénescence fait qu’il y aura peu ou pas de cancers, mais un vieillissement.
P53 est donc la « gardienne du génome » par son mécanisme suppresseur de tumeur.
Le contrôle de la sénescence par la voie pRb :
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 aussi pour effet
l’arrêt du cycle cellulaire en G1, le ralentissement des phases de réplication (S) et mitose (M).
II. Raccourcissement des télomères (sénescence réplicative)
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.
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A chaque cycle cellulaire, il y a un raccourcissement du télomère des chromosomes (on perd 50 à
200pb à 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 contre 15 à 20kb) 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 6kb 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 en
synthétisant de l’ADN à l’extrémité 3’ des télomères.
C’est une ribonucléoprotéine (RNP), c’est-à-dire une association d’un ARN et d’une protéine. La pré-
sence de la séquence d'ARN est importante dans la mesure où elle va jouer le rôle de matrice permettant le ral-
longement 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.
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NB?: Le vert correspond aux cinq
nucléotides TTTTA de la première ligne
et au trois G au dessus des flèches.
Quant au rouge, il s'agit de la ligne du
dessous, en entier.