UE « Longévité et vieillissement »Paris Sud 11- UVSQ

Apoptose, sénescence et vieillissement Apoptose, sénescence et vieillissement des cellules de mammifères

Bernard MIGNOTTE

bernard.mignotte@uvsq.fr

Mai 2010

Ageing

• Ageing can be observed at different levels:– Organisms (body)– Organisms (body)– Tissues

– Cells– Molecules

Vieillissement des tissus2 types de cellules

• Cellules post-mitotiques – La plupart des cellules somatiques des animaux

relativement "simples" (drosophile, nématode)

• Cellules mitotiques ou potentiellement • Cellules mitotiques ou potentiellement mitotiques– Mammifères– Permettent d'accroître la longévité en renouvelant le

tissu et permettent dans certains cas sa régénération– Mais, susceptibles de perdre le contrôle de cette

prolifération et de conduire à des cancers

Ageing and cells

•The human body contains cells with different life expectancies.

•Tissues like epidermis are renewed continuously from dermal cells. The youth of such tissues depends on the capacity of old or damaged cells to be replaced by new cells.

•In contrast, neurons are programmed to survive the lifetime of the individual and are seldom replaced.

Cell behaviors

Differentiation

Quiescence(Reversible proliferation arrest)

Proliferation(Cell division cycle)

Cell death

(Reversible proliferation arrest)

Senescence(Irreversible proliferation arrest)

Tissues like epidermis are renewed continuously from dermal cells.

La sénescence réplicative

• Sénescence cellulaire• Sénescence mitotique• Sénescence mitotique• Limite de Hayflick• Mortality stage M1

1881 : August Weismann propose que les cellules somatiques des animaux ont une capacité de division limitée. La mort survient lorsque cette capacité est épuisée (pas de démonstration expérimentale).

"Death takes place because a worn out tissue cannot renew itself and because the capacity for increase by means of cell division is not ever lasting but finite"

Historique

1910 : Alexis Carrel (prix Nobel pour d'autres travaux en 1912) réalise des cultures de fibroblastes de poulet. Il prétend maintenir ces cultures pendant 34 ans (interruption volontaire).

"All cells in culture are inherently immortal; the lack of continuous cell replication is due to ignorance on how best to cultivate the cells".

Carrel, A. & Ebeling, A. H. Age and multiplication of fibroblasts. J. Exp. Med. 34, 599–606 (1921).

Conclusion qui devint un dogme: les cellules de vertébrés peuvent se diviser indéfiniment en culture.

Conséquences: il est admis que le vieillissement n’est pas le résultat d’un processus qui peut s’analyser à pas le résultat d’un processus qui peut s’analyser à l’échelle de la cellule mais le résultat d’interactions physiologiques entre les cellules au sein d’un tissu ou d’un organe.

1961 : Leonard Hayflick et Paul MoorheadPublication refusée par Peyton Rous pour J. Exp. Med.Hayflick, L. & Moorhead, P. S. The serial cultivati on ofhuman diploid cell strains. Exp. Cell Res. 25, 585– 621(1961). citée 3500 fois

Culture primaire de fibroblastes humains provenant de tissus embryonnaires1/ prolifération rapide2/ ralentissement de la prolifération3/ arrêt de la prolifération irréversibleenviron 50 doublements de population en culture

Sénescence réplicativeLimite de Hyflick

What do we mean by the term doubling and how are What do we mean by the term doubling and how are cells cultured cells cultured in vitroin vitro ??

One serial passage One serial passage or doubling of cellsor doubling of cells

Term is used to describeTerm is used to describereplication going on in dishreplication going on in dish

La limite de Hayflick

D'après Shay JW and Wright WE. (2000) Nat Rev Mol Cell Biol., 1(1):72-76.

• Cette observation n’est pas spécifique des fibroblastes, ni des cellules humaines, ni des cellules d’origine embryonnaire:

• Même comportement pour des kératinocytes, des cellules endothéliales, des cellules gliales, des lymphocytes…

• Même comportement pour des cellules provenant • Même comportement pour des cellules provenant d’autres mammifères mais aussi des cellules de poulet

• Même comportement pour des cellules provenant de tissus adultes

Exceptions: cellules de la lignée germinale, certaines lignées cellulaires, cellules cancéreuses (ces cellules sont dites immortelles)

Morphologie de fibroblastes

sénescentssénescents

Les cellules sénescentes sont :

- viables,- élargies et aplaties,- principalement bloquées en G1/G0,- présentent une activité métabolique,- présentent une activité métabolique,- peuvent être maintenues très longtemps en

culture,- ont une sensibilité à l’apoptose modifiée

(diminuée ou augmentée).

Le potentiel de division ne dépend pas du temps

• Si l'on congèle des cellules après 10 doublements, lorsqu'on les décongèle elle effectuent environ 40 doublements.effectuent environ 40 doublements.

• Vrai pour les tissus embryonnaires et adultes.

Conclusion

Les cellules somatiques diploïdes ne peuvent réaliserqu’un nombre limité de divisions cellulaires

La durée de la vie d’une cellule est déterminée par le La durée de la vie d’une cellule est déterminée par le nombre de divisions cellulaires qui ont été effectuées et non par le temps chronologique passé en culture

Il existe donc une horloge mitotique

Certaines modifications biochimiques sont caractéristiques

de la sénescence

• Les cellules perdent l'aptitude à répondre aux facteurs de croissanceaux facteurs de croissance

• Le niveau d'expression de certains gènes est modifié

• Apparition d'une activité SA-β-Gal

SA β-galactosidase à pH6

(C) Early passage HCA2 cells; labeled, SA-β-Gal staining. An unlabeled SA-β-Gal-positive cell is in the lower right. (D) Senescent HCA2; labeled, SA-, β-Gal staining. A labeled SA-β-Gal-negative cell is in upper left.

Marquage 3H-thymidine et SA-β-Gal

Dimri et al. (1995) Proc Natl Acad Sci U S A.,92 :9363-9367.

Sa-β-Gal in senescence, quiescence, and terminal differentiation

Dimri et al. (1995) Proc Natl Acad Sci U S A.,92 :9363-9367.

Le ralentissement progressif de la croissancecellulaire est du:

- à une accumulation progressive descellules incapable de répliquer leur ADN,

ETET

- non à une augmentation du temps dedivisions de chaque cellule de lapopulation.

La sénescence réplicative participe-t-elle au vieillissement ?

• Des corrélations

Le nombre de divisions maximal in vitroou capacité proliferative

diminue avec l’âge du donneur

Age Divisions5 days 55-65

5 months 46

9 years 3050

60

70

5 days

Number of divisions

9 years 30

15 years 28

26 years 19

28 years 21

31 years 17

52 years 20

79 years 17

81 years 15

86 years 150

10

20

30

40

0 20 40 60 80 100 120

9 years52 years79 years

Number of days

Corrélation avec l'age du donneur

Suggère que les cellules de donneurs âgés ont épuisé une partie de leur potentiel prolifératif

60

70

80

90

100

Le nombre de cellules non prolifératives augmente avec l’âge du donneur

5 days 52 years 79 years25 div 65 div 70 div 12 div 16 div 19 div 8,5 div 17 div

0

10

20

30

40

50

Corrélation avec le longévité maximum de

l'espèce

•mitotic divisions of fetal fibroblasts are closely related to longevity of species

• Les cellules de patients atteints de progéria effectuent un nombre restreint de doublements en culture

Les cellules de patients atteints de syndromes de vieillissement accéléré ont un

faible potentiel prolifératif

nombre restreint de doublements en culture

Ex : environ 10 pour des cellules de patients atteints du syndrome de Werner contre 40 pour des individus non atteints du même age (adolescents)

Le potentiel limité de proliférationdes cellules somatiques peut-il être

observé in-vivo ?observé in-vivo ?

Expériences de greffe

Question : peut on mettre en évidence des cellules sénescentes dans les tissus agés ?

SA-β-Gal in human skin.

(C) Young dermis and epidermis. (-, x120; 38-yr-old female.)(G) Old epidermis. (+ +, x 120; 73-yr-old female.) (H) Old epidermis. (+ + +, x 120; 73-yr-old male.)

Dimri et al. (1995) Proc Natl Acad Sci U S A.,92 :9363-9367.

Certains tissus agés ont une activité SA-βGal

Etude de l'immortalisation pour comprendre la sénescence

Le cas des cellules humaines

• Les expériences de fusion de cellules

• Le virus SV40 comme modèle– Virus possédant un pouvoir immortalisant et

transformant– Le produit de gène immortalisant est l'antigène T

Fusions de cellules

Cellule"Jeune"

Cellule"Vieille"

Cellule"Mortelle"

Cellule"Immortelle"

Hybride"Vieux"Hybride"Mortel"

•Le phénotype "de sénescence cellulaire" est dominant.•La capacité de division indéfinie est lié à une mutation de type perte de fonction qui altère le contrôle normal de la prolifération cellulaire.

Fusions de cellules

Cellule"Immortelle" A

Cellule"Immortelle" B

Cellule"Immortelle" A

Cellule"Immortelle" B

Hybride"Mortel"

• Définition de groupes de complémentation

Hybride"Immortel"

Même groupe de complémentationGroupe de complémentation différent

Groupes de complémentation

4 groupes de complémentations mis en évidence (1988) - Groupes A, B, C et D

Pereira-Smith and Smith (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85, 6042-6046.

Localisation chromosomique

• Les chromosomes portant les gènes "de sénescence" ont été identifiés par des expérience de transfert chromosomique utilisant la technique de "microcell"utilisant la technique de "microcell"

Groupe C : chromosome 1Groupe B : chromosome 4Groupe D : chromosome 7Groupe A : ?

MORF4, le gène du chromosome 4 impliqué a été identifié. Il code une protéine qui appartient à une famille de facteurs de transcription.

Immortalisation par le virus SV40

Immortalisation par le virus SV40

M1 = sénescence

M2 = crise

SV40N

ombr

e de

dou

blem

ents

M1 = sénescence

Freq: <10-7

Humain

Temps

Nom

bre

de d

oubl

emen

ts

Antigène T thermosensible

• Les cellules "post-crise" a temperaturepermissive (33°C) prolifèrent indéfiniment.

• A température restrictive les cellules cessent de proliférercessent de proliférer– La prolifération peut être maintenue si on

expriment un antigène T sauvage, ou E1A et E1B d'adénovirus, ou E6 et E7 de papillomavirus.

Maintien de l'état immortalisé

• Rôle de l'inactivation des protéine protéine oncosuppressives pRb et de p53

Rappel : mode d'action de pRb et p53 dans le contrôle du cycle cellulaire

Confirmé par d'autre approches (Anti-sens etc…)

Rappel : liens entre la voie p53 et la phosphorylation de Rb

p16INK4ap21Cip1

p53

Cdk4,Cdk6

Cyclines D

Rb

E2F

Cycline E

SG1

Cdk 2

P16 et p21 appartiennent à lafamille des CKI (CDK Inhibitors)

• Deux sous-familles de CKI– La famille Cip1

• p21 (p53), p27 et p57• • Inactivent les complexes cycline-CDK

– La famille Ink4• P15, p16, p18, p19• Interfèrent avec la fixation des cyclines D sur la CDK

Pendant la sénescence ?

Protein levels

• Les niveaux de p53, p21 et p16 changent avant, pendant et après l'induction de la sénescence

• Les niveaux de p53 et p21 augmentent pendant l'instauration de la sénescencel'instauration de la sénescence

• Les niveaux de p16 augmentent après l'instauration de l'état sénescent

• Dans les cellules sénescentes pRb est hypophosphorylé (actif) même en présence de facteurs de croissance

Action de p53/p21 et de p16 sur la phosphorylation de Rb

L'expression de p21 ou p16 induit la sénescenceL'inactivation de p53 peut réverser la sénescence si p16 n'est pas expriméep16/pRb induit la formation de foyers d'hétérochromatine : irréversibilté ?

Quel est le signal qui active lesvoies p53/p21 et p16/pRb ?voies p53/p21 et p16/pRb ?

1971, Olovnikov: Les cellules perdent une partie de l’extrémité de leurchromosomes à chaque cycle de réplication de l ’ADN.

Extrémités des chromosomes = télomères (telos = fin; meros = la partie)

1970: Séquence des télomères découverte chez Tetrahymena

Le rôle des télomères

1970: Séquence des télomères découverte chez Tetrahymena(protozoaire cilié)

Séquences répétées riches en T et G:

Tetrahymena: TTGGGGVertébrés: TTAGGG

longueur moyenne: Homme 5-20kpb, Souris 80 kpb.

The mitotic clock

Telomereshttp://www.laskerfoundation.org/awards/library/2006b_cit.shtml

Telomeres shorten as cells divide

Replication

TTGGGG

Replication

Replication

Replication

Telomerase allows telomere length equilibrium maintenance

TR

Telomerase

TERT

Mesure de l’activité télomérase

Telomeres(TTAGGG)n

23.1 ___

kb

Détermination de la longueur de téloméres

TRFs (Telomeric Restriction Fragments)

Step 1 : DNA enzymatic digestion by Hinf I

Number

of divisions

Subtelomericregion HinfI

Number of divisions

9.4 ___

6.6 ___

Step 2 : Southern BlotHybridation with 32P-T2AG3 probe

La taille des télomères diminue avec l'âge

HSC 172 (fetal sample) F001 71 yr. old

(Harley, 1990)

Wide distribution of telomere length in the human population

Valdes et al, (2005) Lancet 366, 662–664

La taille des télomères reflète l'histoire réplicative in vivo

Exemple :

- les lymphocytes naïfs ont des TRF plus longs que leslymphocytes à mémoire,

- Il y a un raccourcissement de la longueur des télomères in- Il y a un raccourcissement de la longueur des télomères invivo au cours du vieillissement(10-200pb/an),

- e.g. fibroblastes de peau, cellules endothéliales du systèmevasculaire.

Telomere length predicts mortality rate

Cawthon et al. (2003) Lancet 361,393-395

Nordfjall et al. (2005) 102, 16374–16378

Njajou et al. (2007) Proc. Natl. Acad. Sci. 104, 12135–12139

Peut on agir sur la sénescence réplicative en empêchant le

raccourcissement des télomères ?

• Rappels sur la télomérase• Effet de la réactivation dans les cellules ?

La télomérase : une ribonucléoprotéine

DEUX SOUS-UNITES ESSENTIELLES :

- Une protéine, la sous unité catalytique, hTERThTERT

- Un ARN, hTR, contenant une séquence nucléotidique complémentaire de celle destélomères

Rappels sur la télomerase

• Activité absente dans les cellules différenciées• Présente dans les cellules germinales et les

cellules souches– Intestinales– Intestinales– Hématologiques– Cutanées

• Activité présente dans 85-90% des cancers humains

• Les autres maintiennent des télomères par un mécanisme alternatif (ALT)

LES TELOMERES :UNE HORLOGE MITOTIQUE

- la taille des télomères constitue une horlogemitotique limitant la capacité proliferative lorsquecertaines fonctions télomèriques sont perdues,certaines fonctions télomèriques sont perdues,

- il existe une très bonne corrélation entre la tailledes télomères et la capacité proliferative in vitro.

Expression de hTERT dans des fibroblastes humains

La surexpression de la sous-unité catalytique de la télomérase accroît le potentiel prolifératif des fibroblastes humains

Télomères et syndrome de vieillissement accéléré

Peut on remédier à ce défaut ? Cas des cellules WRN-

Werner’s cellular phenotype reversed by telomerase expression

Dermal fibroblasts transformed with TERT (telomerase) continue dividing, Werner’s cells typically stop dividing at 20 population doublings.

Quel est le lien entre leraccourcissement des télomères et

les voies pRB et p53 ?

• La structure des télomères et les• La structure des télomères et lesconséquences du raccourcissement

• Quel est le signal entre leraccourcissement et l'activation des voiesp53 et pRb ?

In most somatic tissues (devoid of telomerase), as cells divide telomeres shorten

Telomere and Senescence

Chromosomal DNA

Telomere repeat DNA sequence

Short telomeres constitute a signal for cells to senesce (stop dividing)

Senescence

Structure des

télomères

O’Sullivan and Karlseder (2010) Nature Rev. Mol Cell Biology, 11, 171-181

- Le complexe Shelterin maintient l’intégrité structurale, empêche les fusions et les associations chromosomiques.

Effet de la surexpression de TRF2

�TRF2 retarde l'entrée en sénescence�TRF2 diminue le "senescence setpoint" (longueur télomérique à la sénescence) de 7 à 4 kilobases.� TRF2 protège les très court télomères des � TRF2 protège les très court télomères des fusions chromosomiques et réprime les fusions chromosomiques dans les cellules présénescentes

Ce n'est pas la longueur des télomères mais leurstructure qui provoque l'entrée en sénescence

Karlseder et al. (2002) Science 295, 24446-2449.

Effet d'une perte de fonction de TRF2

O’Sullivan and Karlseder (2010) Nature Rev. Mol Cell Biology, 11, 171-181

Télomères et sénescence

Gire V. (2005) Médecine/Sciences, 21212121, 491-497.

Telomeres shortening

activates the DNA activates the DNA breaks response

pathway

From Gire V. (2005) Médecine/Sciences, 21212121, 491-497.

DNA ends recognized as DNA breaks

P53 protein activation

Senescence

Mechanism of p53 turnover

Meek DW., Nat Rev Cancer. 2009 Oct;9(10):714-23.

DNA damage response signallingpathways target p53 and its key

regulators.

Meek DW., Nat Rev Cancer. 2009 Oct;9(10):714-23.

Immortalisation “spontanée” et longueur des télomères

Cellules somatiques

perte observée :

50 bp/div ( in vitro )

15 bp/an ( in vivo )

Stewart and Weinberg (2006) Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 22:531–57

Télomérase inactive

Deux étapes limitantes à l'immortalisation

• Sénescence M1– Raccourcissement des télomères– Pas de mort cellulaire, mais pas de mitose– Reprise de la prolifération en cas de mutation de Rb

et de p53et de p53ou inhibition par antigène T de SV40

• Crise M2– Forte mortalité cellulaire– Forte réduction des télomères : fusions

chromosomiques, instabilité, forte apoptose

Telomere length dictates entrance into crisis

Stewart and Weinberg (2006) Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 22:531–57

Il existe aussi des mécanismes indépendant des télomères

CONDITIONS DE CULTURE IN VITROET

VIELLISSEMENT PROLIFERATIF

Il existe aussi des mécanismes indépendant des télomèresqui déclenchent prématurément un arrêt de la réplication :

M0 ou sénescence prématurée ou sénescence induite parles stress ou sénescence extrinsèque

Stress-Induced Premature Senescence (SIPS)

• Cells exposed to free radicals (reactive oxygen species, ROS) and other environmental stresses (UV light, gamma-irradiation …) also enter a senescent program

Telomere shortening Oxidative stress,UV light

Cellular senescence

P53 protein activation

Deux types de sénescence

Itahana et al. (2004) Biogerontology 5: 1–10.

Chez les rongeurs

• Pas d 'analyse génétique

• L'immortalisation est beaucoup plus facile.

Immortalisation des cellules humaines et de rongeurs

Echappement au processus de senescence réplicative, acquisition d’un potentielprolifératif illimité.

M1

M2

SV40

Télomérase

Nom

bre

de d

oubl

emen

ts

SV40

Nom

bre

de d

oubl

emen

ts

M1: Stage of mortality 1 / M2: Stage of mortality 2

M1

Freq: <10-7

Humain

Temps

Nom

bre

de d

oubl

emen

ts

M1Freq: <10-7

Rongeurs

Temps

Nom

bre

de d

oubl

emen

ts

Lab strains of mice have very long telomeres.

30-40kb telomeres.

• Tert knock-out mice:

Telomeres in mice

• Tert knock-out mice:– Normal for four generations as their

telomeres shorten,– Premature aging phenotypes present in

the 5th and more generation.

Telomerase knockout mice with dysfunctional telomeres develop premature ageing

Sahin & DePinho (2010) Nature 464 520-528.

La sénescence des fibroblastes embryonnaires de souris (qui possèdent l’activité télomérase) en culture (conditions classiques: 20% O2) est le résultat de l’action du stress oxydatif à l’origine d’importants dommages dans l’ADN. En conditions modifiées (3% O2, « physiologiques »), il y a un retard important de la sénescence ou absence de sénescence.

Chez la souris la sénescence réplicative estdue à un stress oxydatif

Parinello et al, (2003) Nature CellBiol. 5, 741-747.

Pour des fibroblastes humains, on peut retarder l’entrée en sénescence en diminuant le %O2 utilisé pour la culture.

20% O2

MEFs p53-/- ; 20% O2: pas de sénescenceMEFs Rb-/- ; 20% O2: sénescence

Chez la souris, la voie p53 est la voie qui répond au stress oxydatif dans les MEFs.

Chez la souris la sénescence réplicative estdue à un stress oxydatif

MEFs.

Pour des fibroblastes humains, on peut retarder l’entrée en sénescence en diminuant le %O2 utilisé pour la culture (effet sur les télomères ?).

Induction de la sénescence

Lombard et al (2005) Cell 120, 497-512

Senescent cells and Ageing

Campisi (2005) Cell, 120, 513–522.

With age, senescent cells secrete degradation enzymes and inflammatory molecules, which can disrupt the tissue structure and consequently alter tissue functionality.

Rôle du vieillissement: aucun.

Gènes qui contrôlent le vieillissement sont sélectionnés pour leur effet bénéfique au stade précoce de la vie et ont des effets délétères tardifs.

Théorie de la pléïotropie antagoniste

Sénescence réplicative et viellissement

(Medawar, Kirkwood)

Exemple: Sénescence réplicative

Sélection naturelle: inhibition des cancers.

Effet secondaire: limitation du renouvellement des cellules (vieillissement des tissus), sécrétion de protéases et de médiateurs de l'inflammation...

Idées (trop?) simple :- p53 protège des

cancers mais contribue au vieillissement

- la télomérase est - la télomérase est oncogène mais pourrait

être un facteur de longévité

P53 et longévité

Survival curves for p53 -/-, -/+ and +/+ mice

Effet de l'expression d'une forme tronquée de p53

hyperactive

Maier et al. (2004) Genes & Develoment 18:306–319

Mais…

ARF

MDM2

�Etude de souris Mdm2puro/∆7–12 (un allèle hypomorpheet un allèle nul de mdm2 : niveau de MDM2 30% de celui des souris sauvages.

�Les souris sont petites, lymphopéniques et radiosensible et sont "cancer resistant" : p53 est hyperactif

Mendrysa et al. (2006) Genes & Develoment 20:16–21

p53

Senescence/apoptose

hyperactif

�Tous les tissus ont des niveaux élevés de p53

�Tous les phénotypes sont supprimés par la délétion du gène p53.

�Modéle d'étude des conséquences d'une augmentation de l'activité de p53 sur la progression tumorale et le vieillissement

Effet de la diminution de l'activité de MDM2

ARF

MDM2

Mendrysa et al. (2006) Genes & Develoment 20:16–21

p53

Senescence/apoptose

Effet de l'hyperactivité de la voie ARF/p53

ARF

MDM2MDM2

p53

Senescence/apoptose

Etude de souris transgèniques possédant une copie supplémentaire des gènes Arf et p53 sous le controle de leur propres séquences régulatrices

Sans tenir compte des souris ayant des tumeurs

Decreased oxidative damage oxidative damage in s-Arf/p53 mice

Matheu et al. (2007) Nature 448, 375-379

The Arf/p53 pathway in cancer and aging

- des niveaux basaux de p53 activent des gènes antioxidants- p53 et mitochondries ?

Matheu et al. (2008) Cancer Res. 68, 6031-6034.

Dans contexte "cancer resistant", peut-on étudier l'effet de la étudier l'effet de la télomérase sur le vieillissement et la

longévité ?

Telomerase Reverse Transcriptase Delays

Aging in Cancer-Resistant Mice

� Plus résistantes au dextran : barrière

Tomàs-Loba et al. (2008) Cell 135, 609–622

� Plus résistantes au dextran : barrière intestinale�Moins de marquage γ-H2AX : moins de cassures de l'ADN�Absence de marquage γ-H2AX télomérique�Maintien du taux d'IGF-1 dans le sérum

Increased Longevity of Sp53/Sp16/SArf/TgTert

MiceMice

Tomàs-Loba et al. (2008) Cell 135, 609–622

Mitochondries, EAO, apoptose et longévité et longévité

Mitochondrial Theory of Aging: Does ROS Generation Initiate a Vicious Cycle?

•Harman D. (1956)"Aging: a theory based on free radical and radiation chemistry". J. Gerontol. 11:298–300.J. Gerontol. 11:298–300.

•Miquel J., Economos A. C., Fleming J., Johnson J.E. Jr. (1980)"Mitochondrial role in cell aging". Exp. Gerontol. 15:579–591.

Voies extrinsèques et intrinsèque d'activation des caspases

G. Kroemer, L. Galluzzi and C. Brenner (2007), Physiol Rev 87: 99–163.

"The superoxide dismutase inhibitor

diethyldithiocarbamate diethyldithiocarbamate triggers bax

relocalization and cytochrome c release".

A. Dumay et al. (2006) Free Radical Biol. Med. 40, 1377-1390.

La catalase adressée à la mitochondrie accroît la longévité

E. Schriner et al. (2005) Science, 308, 1909-1911

�Des mutations ponctuelles ou des délétions de l’ADN mitochondrial s'accumulent au cours du vieillissement chez l’homme.

�Ces mutations sont hétéroplasmiques (il existe des

Les mutations de l'ADNmt sont elles impliquées dans le vieillissement ?

�Ces mutations sont hétéroplasmiques (il existe des copies normales de l’ADNmt et quelques copies comportant ces mutations).

�Elles touchent qu’une très faible proportion de l’ADNmt total (0,01 à 0,1 %)

�Leur implication dans les processus de vieillissement a été très controversée.

Création de souris déficiente pour l'activité 3'-5' exonuclease nécessaire pour leur activité proof-

reading lors de la synthèse de mtDNA

Jusqu’à 25 semaines, âge du jeune adulte, les souris sont parfaitement normales,

Trifunovicet al. (2004) Nature 429, 417-423.

normales,On voit apparaître ensuite une cyphose majeure et une alopécie.

Expérience de Knock-in DNA polγ D257A

Expérience de Knock-in DNA polγ D257A

Trifunovic et al. (2004) Nature 429, 417-423.

On observe aussi une diminution du tissu adipeux, une ostéoporose, une anémie, une hypertrophie cardiaque ainsi qu'une réduction importante de la fertilité chez les mâles et les femelles au-delà de 20 semaines.

Les mutations de l'ADNmt influencent-elles le taux

d'apoptose ?d'apoptose ?

Création de souris déficientes pour l'activité 3'-5' exonuclease nécessaire pour leur activité proof-

reading lors de la synthèse de mtDNA

Kujoth et al. (2005), Science 309, 481-484.

Augmentation du taux

d'apoptose

Kujoth et al. (2005), Science 309, 481-484.

Marquage TUNEL

On n'observe pas d'augmentation

Kujoth et al. (2005), Science 309, 481-484.

d'augmentation des marqueurs du stress oxydatif

Mais…

Le débat est-il clos ?

• In the exonuclease-deficient mice, mutations apparently find their origin in polymerase errors early in life, with not much further accumulation at older ages. By contrast, in normal mice, mtDNA mutations are rare in early life but accumulate exponentially during aging, possibly as a result of oxidative damage (this may not be true for result of oxidative damage (this may not be true for humans). Hence, mtDNA mutations in mutator and normal mice may affect different types of cells (for example, mitotically active versus oxidatively stressed), and the lack of a phenotype in the heterozygous exonuclease deficient mice may simply reflect the failure to hit the right cell types at the right time.

Khrapko & Jan Vijg (2007) Nature Genetics 39, 445-446

Do we age like mice?

• Certain types of mtDNA mutations, such as large deletions appear to be particularly important for human aging (for example, in the substantia nigra). Patients with inherited defects in the polymerase domain of the mitochondrial DNA polymerase (which result in increased levels of mtDNA deletions) suffer from neurodegeneration in the substantia nigra and Parkinsonism.nigra and Parkinsonism.

• It is possible that the functional impact of mtDNA mutations in mice is different from that in humans. mtDNA mutation frequencies lower than the ones found to have no adverse effects on the Polgmut/+ mice have been associated with defects in mitochondrial oxidative phosphorylation in colonic crypts of aged humans. Hence, even if mtDNA mutations are irrelevant for mouse aging, they may still be causally related to human aging.

Khrapko & Jan Vijg (2007) Nature Genetics 39, 445-446

Rôle de l'apoptose dans levieillissement

• Les mutations de l'ADNmt contribuent-elles à la mort de cellules post-mitotiques?

• L'apoptose, contribue-t-elle au • L'apoptose, contribue-t-elle au vieillissement de tissus post-mitotiques ?

• Comme la sénescence, limite-t-elle la capacité de renouvellement destissus composés de cellules prolifératives?

Un rôle pour la télomérase dans les télomérase dans les

mitochondries ?

TERT overexpression does not maintain telomere length under

hyperoxia

Ahmed et al. (2008) J Cell Sci. 121,1046-53.

Telomerase is excluded from

the nucleus under oxidative

stress and stress and colocalises

with mitochondria

Ahmed et al. (2008) J Cell Sci. 121,1046-53.

TERT overexpression protects mitochondrial DNA integrity and mitochondrial function

under oxidative stress

Frequency of lesions in mtDNA

Mitochondrial superoxide generation

Cellular peroxidelevels

Ahmed et al. (2008) J Cell Sci. 121,1046-53.

TERT overexpressionimproves resistance against apoptosis.

La protection des mitochondries dans des conditions de stress modéré : une nouvelle fonction de la télomérase ?

Participe-t-elle au vieillissement ?

Ahmed et al. (2008) J Cell Sci. 121,1046-53.