Bio205 cour 4 - m1 longevite-2010 (1)

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Bio205 cour 4 - m1 longevite-2010 (1)

  1. 1. UE « Longévité et vieillissement »Paris Sud 11- UVSQApoptose, sénescence et vieillissementApoptose, sénescence et vieillissementdes cellules de mammifèresBernard MIGNOTTEbernard.mignotte@uvsq.frMai 2010Ageing• Ageing can be observed atdifferent levels:– Organisms (body)– Organisms (body)– Tissues–Cells–MoleculesVieillissement des tissus2 types de cellules• Cellules post-mitotiques– La plupart des cellules somatiques des animauxrelativement "simples" (drosophile, nématode)• Cellules mitotiques ou potentiellement• Cellules mitotiques ou potentiellementmitotiques– Mammifères– Permettent daccroître la longévité en renouvelant letissu et permettent dans certains cas sa régénération– Mais, susceptibles de perdre le contrôle de cetteprolifération et de conduire à des cancersAgeing and cells•The human body contains cells with different lifeexpectancies.•Tissues like epidermis are renewed continuouslyfrom dermal cells. The youth of such tissues dependson the capacity of old or damaged cells to bereplaced by new cells.•In contrast, neurons are programmed to survive thelifetime of the individual and are seldom replaced.
  2. 2. Cell behaviorsDifferentiationQuiescence(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 sénescenceréplicative• Sénescence cellulaire• Sénescence mitotique• Sénescence mitotique• Limite de Hayflick• Mortality stage M11881 : August Weismann propose que les cellules somatiques desanimaux ont une capacité de division limitée. La mort survient lorsquecette capacité est épuisée (pas de démonstration expérimentale)."Death takes place because a worn out tissue cannot renew itself andbecause the capacity for increase by means of cell division is not everlasting but finite"Historique1910 : Alexis Carrel (prix Nobel pour dautres travaux en 1912) réalisedes cultures de fibroblastes de poulet. Il prétend maintenir ces culturespendant 34 ans (interruption volontaire)."All cells in culture are inherently immortal; the lack of continuous cellreplication 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 vertébréspeuvent se diviser indéfiniment en culture.Conséquences: il est admis que le vieillissement n’estpas le résultat d’un processus qui peut s’analyser àpas le résultat d’un processus qui peut s’analyser àl’échelle de la cellule mais le résultat d’interactionsphysiologiques entre les cellules au sein d’un tissu oud’un organe.
  3. 3. 1961 : Leonard Hayflick et Paul MoorheadPublication refusée par Peyton Rous pour J. Exp. Med.Hayflick, L. & Moorhead, P. S. The serial cultivation ofhuman diploid cell strains. Exp. Cell Res. 25, 585–621(1961). citée 3500 foisCulture primaire de fibroblastes humainsprovenant de tissus embryonnaires1/ prolifération rapide2/ ralentissement de la prolifération3/ arrêt de la prolifération irréversibleenviron 50 doublements de population en cultureSénescence réplicativeLimite de HyflickWhat do we mean by the term doubling and how areWhat do we mean by the term doubling and how arecells culturedcells cultured in vitroin vitro??One serial passageOne serial passageor doubling of cellsor doubling of cellsTerm is used to describeTerm is used to describereplication going on in dishreplication going on in dishLa limite de HayflickDaprès 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’origineembryonnaire:• Même comportement pour des kératinocytes, descellules endothéliales, des cellules gliales, deslymphocytes…• Même comportement pour des cellules provenant• Même comportement pour des cellules provenantd’autres mammifères mais aussi des cellules de poulet• Même comportement pour des cellules provenant detissus adultesExceptions: cellules de la lignée germinale, certaineslignées cellulaires, cellules cancéreuses (ces cellulessont dites immortelles)
  4. 4. Morphologiede fibroblastessénescentssénescentsLes 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 enculture,- ont une sensibilité à l’apoptose modifiée(diminuée ou augmentée).Le potentiel de division nedépend pas du temps• Si lon congèle des cellules après 10doublements, lorsquon les décongèle elleeffectuent environ 40 doublements.effectuent environ 40 doublements.• Vrai pour les tissus embryonnaires et adultes.ConclusionLes cellules somatiques diploïdes ne peuvent réaliserqu’un nombre limité de divisions cellulairesLa durée de la vie d’une cellule est déterminée par leLa durée de la vie d’une cellule est déterminée par lenombre de divisions cellulaires qui ont été effectuées etnon par le temps chronologique passé en cultureIl existe donc une horloge mitotique
  5. 5. Certaines modificationsbiochimiques sont caractéristiquesde la sénescence• Les cellules perdent laptitude à répondreaux facteurs de croissanceaux facteurs de croissance• Le niveau dexpression de certains gènesest modifié• Apparition dune activité SA-β-GalSA β-galactosidase àpH6(C) Early passage HCA2 cells; labeled, SA-β-Gal staining. Anunlabeled 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-GalDimri et al. (1995) Proc Natl Acad Sci U S A.,92 :9363-9367.Sa-β-Gal in senescence, quiescence,and terminal differentiationDimri 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.
  6. 6. La sénescence réplicativeparticipe-t-elle au vieillissement ?• Des corrélationsLe nombre de divisions maximal in vitroou capacité proliferativediminue avec l’âge du donneurAge Divisions5 days 55-655 months 469 years 305060705 daysNumber ofdivisions9 years 3015 years 2826 years 1928 years 2131 years 1752 years 2079 years 1781 years 1586 years 150102030400 20 40 60 80 100 1209years52 years79 yearsNumber of daysCorrélation avec lage du donneurSuggère que les cellules de donneurs âgés ont épuisé unepartie de leur potentiel prolifératif60708090100Le nombre de cellules non proliférativesaugmente avec l’âge du donneur5 days 52 years 79 years25 div 65 div 70 div 12 div 16 div 19 div 8,5 div 17 div01020304050
  7. 7. Corrélation avec lelongévité maximum delespèce•mitotic divisions of fetal fibroblasts are closely related to longevity ofspecies• Les cellules de patients atteints de progéria effectuent unnombre restreint de doublements en cultureLes cellules de patients atteints desyndromes de vieillissement accéléré ont unfaible potentiel prolifératifnombre restreint de doublements en cultureEx : environ 10 pour des cellules de patients atteints dusyndrome de Werner contre 40 pour des individus nonatteints du même age (adolescents)Le potentiel limité de proliférationdes cellules somatiques peut-il êtreobservé in-vivo ?observé in-vivo ?Expériences de greffeQuestion : peut on mettre en évidence descellules sénescentes dans les tissus agés ?
  8. 8. 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-βGalEtude de limmortalisation pourcomprendre la sénescenceLe cas des cellules humaines• Les expériences de fusion de cellules• Le virus SV40 comme modèle– Virus possédant un pouvoir immortalisant ettransformant– Le produit de gène immortalisant est lantigène TFusions de cellulesCellule"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 mutationde type perte de fonction qui altère le contrôle normal dela prolifération cellulaire.
  9. 9. Fusions de cellulesCellule"Immortelle" ACellule"Immortelle" BCellule"Immortelle" ACellule"Immortelle" BHybride"Mortel"• Définition de groupes de complémentationHybride"Immortel"Même groupe de complémentationGroupe de complémentation différentGroupes decomplémentation4 groupes de complémentations mis en évidence (1988) - Groupes A, B, C et DPereira-Smith and Smith (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85, 6042-6046.Localisationchromosomique• Les chromosomes portant les gènes "desénescence" ont été identifiés par desexpérience de transfert chromosomiqueutilisant 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 uneprotéine qui appartient à une famille de facteurs de transcription.Immortalisation par le virus SV40
  10. 10. Immortalisation par le virusSV40M1 = sénescenceM2 = criseSV40NombrededoublementsM1 = sénescenceFreq: <10-7HumainTempsNombrededoublementsAntigène Tthermosensible• Les cellules "post-crise" a temperaturepermissive (33°C) prolifèrent indéfiniment.• A température restrictive les cellulescessent de proliférercessent de proliférer– La prolifération peut être maintenue si onexpriment un antigène T sauvage, ou E1A etE1B dadénovirus, ou E6 et E7 depapillomavirus.Maintien de létat immortalisé• Rôle delinactivation desprotéineprotéineoncosuppressivespRb et de p53Rappel : mode daction de pRb et p53 dans le contrôle du cycle cellulaireConfirmé par dautre approches (Anti-sens etc…)Rappel : liens entre la voie p53 et laphosphorylation de Rbp16INK4ap21Cip1p53Cdk4,Cdk6Cyclines DRbE2FCycline ESG1Cdk 2
  11. 11. 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 CDKPendant la sénescence ?Protein levels• Les niveaux de p53, p21 et p16changent avant, pendant et aprèslinduction de la sénescence• Les niveaux de p53 et p21augmentent pendantlinstauration de la sénescencelinstauration de la sénescence• Les niveaux de p16 augmententaprès linstauration de létatsénescent• Dans les cellules sénescentespRb est hypophosphorylé (actif)même en présence de facteursde croissanceAction de p53/p21 et de p16 sur laphosphorylation de RbLexpression de p21 ou p16 induit la sénescenceLinactivation de p53 peut réverser la sénescence si p16 nest pas expriméep16/pRb induit la formation de foyers dhétérochromatine : irréversibilté ?Quel est le signal qui active lesvoies p53/p21 et p16/pRb ?voies p53/p21 et p16/pRb ?
  12. 12. 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 TetrahymenaLe rôle des télomères1970: Séquence des télomères découverte chez Tetrahymena(protozoaire cilié)Séquences répétées riches en T et G:Tetrahymena: TTGGGGVertébrés: TTAGGGlongueur moyenne: Homme 5-20kpb,Souris 80 kpb.The mitotic clockTelomereshttp://www.laskerfoundation.org/awards/library/2006b_cit.shtmlTelomeres shorten as cells divideReplicationTTGGGGReplicationReplicationReplicationTelomerase allows telomere lengthequilibrium maintenanceTRTelomeraseTERT
  13. 13. Mesure de l’activité téloméraseTelomeres(TTAGGG)n23.1 ___kbDétermination de la longueur de téloméresTRFs (Telomeric Restriction Fragments)Step 1: DNA enzymatic digestion by HinfINumberof divisionsSubtelomericregion HinfINumberof divisions9.4 ___6.6 ___Step 2: Southern BlotHybridation with 32P-T2AG3 probeLa taille des télomères diminue avec lâgeHSC 172 (fetal sample) F001 71 yr. old(Harley, 1990)Wide distribution of telomere length inthe human populationValdes et al, (2005) Lancet 366, 662–664
  14. 14. La taille des télomères reflète lhistoireréplicative in vivoExemple :- 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 rateCawthon et al. (2003) Lancet 361,393-395Nordfjall et al. (2005) 102, 16374–16378Njajou et al. (2007) Proc. Natl. Acad. Sci. 104, 12135–12139Peut on agir sur la sénescenceréplicative en empêchant leraccourcissement des télomères ?• Rappels sur la télomérase• Effet de la réactivation dans les cellules ?
  15. 15. La télomérase : une ribonucléoprotéineDEUX SOUS-UNITESESSENTIELLES :- Une protéine, la sousunité catalytique,hTERThTERT- Un ARN, hTR,contenant uneséquencenucléotidiquecomplémentaire decelle destélomèresRappels sur latélomerase• Activité absente dans les cellules différenciées• Présente dans les cellules germinales et lescellules souches– Intestinales– Intestinales– Hématologiques– Cutanées• Activité présente dans 85-90% des cancershumains• Les autres maintiennent des télomères par unmécanisme 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 desfibroblastes humainsLa surexpression de la sous-unité catalytique de la téloméraseaccroît le potentiel prolifératif des fibroblastes humains
  16. 16. Télomères et syndrome de vieillissement accéléréPeut on remédier à ce défaut ? Cas des cellules WRN-Werner’s cellular phenotype reversedby telomerase expressionDermal fibroblasts transformed with TERT (telomerase)continue dividing, Werner’s cells typically stopdividing at 20 population doublings.Quel est le lien entre leraccourcissement des télomères etles 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 lactivation des voiesp53 et pRb ?In most somatic tissues (devoid of telomerase), ascells divide telomeres shortenTelomere and SenescenceChromosomal DNATelomere repeat DNA sequenceShort telomeres constitute a signal for cells to senesce (stop dividing)Senescence
  17. 17. StructuredestélomèresO’Sullivan and Karlseder (2010) Nature Rev. Mol Cell Biology, 11, 171-181- Le complexeShelterin maintientl’intégrité structurale,empêche les fusionset les associationschromosomiques.Effet de la surexpressionde TRF2TRF2 retarde lentrée en sénescenceTRF2 diminue le "senescence setpoint"(longueur télomérique à la sénescence) de 7 à 4kilobases.TRF2 protège les très court télomères desTRF2 protège les très court télomères desfusions chromosomiques et réprime les fusionschromosomiques dans les cellulesprésénescentesCe nest pas la longueur des télomères mais leurstructure qui provoque lentrée en sénescenceKarlseder et al. (2002) Science 295, 24446-2449.Effet dune perte defonction de TRF2O’Sullivan and Karlseder (2010) Nature Rev. Mol Cell Biology, 11, 171-181Télomères et sénescenceGire V. (2005) Médecine/Sciences, 21212121, 491-497.
  18. 18. Telomeresshorteningactivates the DNAactivates the DNAbreaks responsepathwayFrom Gire V. (2005) Médecine/Sciences, 21212121, 491-497.DNA ends recognized as DNA breaksP53 protein activationSenescenceMechanism of p53turnoverMeek DW., Nat Rev Cancer. 2009 Oct;9(10):714-23.DNA damage response signallingpathways target p53 and its keyregulators.Meek DW., Nat Rev Cancer. 2009 Oct;9(10):714-23.Immortalisation “spontanée” etlongueur des télomèresCellules somatiquesperte observée :50 bp/div (in vitro)15 bp/an (in vivo)Stewart and Weinberg (2006) Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 22:531–57Télomérase inactive
  19. 19. Deux étapes limitantes à limmortalisation• Sénescence M1– Raccourcissement des télomères– Pas de mort cellulaire, mais pas de mitose– Reprise de la prolifération en cas de mutation de Rbet de p53et de p53ou inhibition par antigène T de SV40• Crise M2– Forte mortalité cellulaire– Forte réduction des télomères : fusionschromosomiques, instabilité, forte apoptoseTelomere length dictatesentrance into crisisStewart and Weinberg (2006) Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 22:531–57Il existe aussi des mécanismes indépendant des télomèresCONDITIONS DE CULTURE IN VITROETVIELLISSEMENT PROLIFERATIFIl 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 extrinsèqueStress-Induced PrematureSenescence (SIPS)• Cells exposed to free radicals (reactive oxygenspecies, ROS) and other environmentalstresses (UV light, gamma-irradiation …) alsoenter a senescent programTelomere shorteningOxidative stress,UV lightCellular senescenceP53 protein activation
  20. 20. Deux types de sénescenceItahana et al. (2004) Biogerontology 5: 1–10.Chez les rongeurs• Pas d analyse génétique• Limmortalisation est beaucoup plus facile.Immortalisation des cellules humaines et de rongeursEchappement au processus de senescence réplicative, acquisition d’un potentielprolifératif illimité.M1M2SV40TéloméraseNombrededoublementsSV40NombrededoublementsM1: Stage of mortality 1 / M2: Stage of mortality 2M1Freq: <10-7HumainTempsNombrededoublementsM1Freq: <10-7RongeursTempsNombrededoublementsLab strains of mice have very longtelomeres.30-40kb telomeres.• Tert knock-out mice:Telomeres in mice• Tert knock-out mice:– Normal for four generations as theirtelomeres shorten,– Premature aging phenotypes present inthe 5th and more generation.
  21. 21. Telomerase knockout mice with dysfunctionaltelomeres develop premature ageingSahin & DePinho (2010) Nature 464 520-528.La sénescence des fibroblastes embryonnaires de souris (qui possèdentl’activité télomérase) en culture (conditions classiques: 20% O2) est lerésultat de l’action du stress oxydatif à l’origine d’importants dommagesdans l’ADN. En conditions modifiées (3% O2, « physiologiques »), il y a unretard important de la sénescence ou absence de sénescence.Chez la souris la sénescence réplicative estdue à un stress oxydatifParinello et al,(2003) Nature CellBiol. 5, 741-747.Pour des fibroblastes humains, on peut retarder l’entrée en sénescence en diminuant le %O2 utilisé pourla culture.20% O2MEFs p53-/- ; 20% O2: pas de sénescenceMEFs Rb-/- ; 20% O2: sénescenceChez la souris, la voie p53 est la voie qui répond au stress oxydatif dans lesMEFs.Chez la souris la sénescence réplicative estdue à un stress oxydatifMEFs.Pour des fibroblastes humains, on peut retarder l’entrée en sénescence endiminuant le %O2 utilisé pour la culture (effet sur les télomères ?).Induction de lasénescenceLombard et al (2005) Cell 120, 497-512
  22. 22. Senescent cells and AgeingCampisi (2005) Cell, 120, 513–522.With age, senescent cells secrete degradation enzymesand inflammatory molecules, which can disrupt the tissuestructure and consequently alter tissue functionality.Rôle du vieillissement: aucun.Gènes qui contrôlent le vieillissement sont sélectionnés pour leur effetbénéfique au stade précoce de la vie et ont des effets délétèrestardifs.Théorie de la pléïotropie antagonisteSénescence réplicative et viellissement(Medawar, Kirkwood)Exemple: Sénescence réplicativeSélection naturelle: inhibition des cancers.Effet secondaire: limitation du renouvellement des cellules(vieillissement des tissus), sécrétion de protéases et de médiateurs delinflammation...Idées (trop?) simple :- p53 protège descancers mais contribueau vieillissement- la télomérase est- la télomérase estoncogène mais pourraitêtre un facteur delongévitéP53 et longévitéSurvival curves for p53 -/-, -/+ and +/+ mice
  23. 23. Effet de lexpression duneforme tronquée de p53hyperactiveMaier et al. (2004) Genes & Develoment 18:306–319Mais…ARFMDM2Etude de souris Mdm2puro/∆7–12 (un allèle hypomorpheet un allèle nul de mdm2 : niveau de MDM2 30% decelui des souris sauvages.Les souris sont petites, lymphopéniques etradiosensible et sont "cancer resistant" : p53 esthyperactifMendrysa et al. (2006) Genes & Develoment 20:16–21p53Senescence/apoptosehyperactifTous les tissus ont des niveaux élevés de p53Tous les phénotypes sont supprimés par la délétion dugène p53.Modéle détude des conséquences duneaugmentation de lactivité de p53 sur la progressiontumorale et le vieillissementEffet de la diminution de lactivité deMDM2ARFMDM2Mendrysa et al. (2006) Genes & Develoment 20:16–21p53Senescence/apoptoseEffet de lhyperactivité de la voieARF/p53ARFMDM2MDM2p53Senescence/apoptoseEtude de souris transgèniques possédant une copie supplémentaire desgènes Arf et p53 sous le controle de leur propres séquences régulatricesSans tenir compte des souris ayant destumeurs
  24. 24. Decreasedoxidative damageoxidative damagein s-Arf/p53 miceMatheu et al. (2007) Nature 448, 375-379The Arf/p53 pathway in cancer andaging- des niveaux basaux de p53 activent des gènes antioxidants- p53 et mitochondries ?Matheu et al. (2008) Cancer Res. 68, 6031-6034.Dans contexte "cancerresistant", peut-onétudier leffet de laétudier leffet de latélomérase sur levieillissement et lalongévité ?Telomerase ReverseTranscriptase DelaysAging in Cancer-Resistant MicePlus résistantes au dextran : barrièreTomàs-Loba et al. (2008) Cell 135, 609–622Plus résistantes au dextran : barrièreintestinaleMoins de marquage γ-H2AX : moins decassures de lADNAbsence de marquage γ-H2AXtélomériqueMaintien du taux dIGF-1 dans le sérum
  25. 25. Increased Longevity ofSp53/Sp16/SArf/TgTertMiceMiceTomàs-Loba et al. (2008)Cell 135, 609–622Mitochondries, EAO, apoptoseet longévitéet longévitéMitochondrial Theory of Aging: Does ROSGeneration Initiate a Vicious Cycle?•Harman D. (1956)"Aging: a theory based on free radical andradiation chemistry".J. Gerontol. 11:298–300.J. Gerontol. 11:298–300.•Miquel J., Economos A. C., Fleming J., JohnsonJ.E. Jr. (1980)"Mitochondrial role in cell aging".Exp. Gerontol. 15:579–591.Voies extrinsèques et intrinsèquedactivation des caspasesG. Kroemer, L. Galluzzi and C. Brenner (2007), Physiol Rev 87: 99–163.
  26. 26. "The superoxidedismutase inhibitordiethyldithiocarbamatediethyldithiocarbamatetriggers baxrelocalization andcytochrome c release".A. Dumay et al. (2006) Free RadicalBiol. Med. 40, 1377-1390.La catalase adressée à la mitochondrieaccroît la longévitéE. Schriner et al. (2005) Science, 308, 1909-1911Des mutations ponctuelles ou des délétions de l’ADNmitochondrial saccumulent au cours du vieillissement chezl’homme.Ces mutations sont hétéroplasmiques (il existe desLes mutations de lADNmt sont ellesimpliquées dans le vieillissement ?Ces mutations sont hétéroplasmiques (il existe descopies normales de l’ADNmt et quelques copiescomportant ces mutations).Elles touchent qu’une très faible proportion de l’ADNmttotal (0,01 à 0,1 %)Leur implication dans les processus de vieillissement aété très controversée.
  27. 27. Création de souris déficiente pour lactivité 3-5exonuclease nécessaire pour leur activité proof-reading lors de la synthèse de mtDNAJusqu’à 25 semaines,âge du jeune adulte,les souris sontparfaitementnormales,Trifunovicet al. (2004) Nature 429, 417-423.normales,On voit apparaîtreensuite une cyphosemajeure et unealopécie.Expérience de Knock-in DNA polγ D257AExpérience de Knock-in DNA polγ D257ATrifunovic et al. (2004) Nature 429, 417-423.On observe aussi une diminution du tissu adipeux, uneostéoporose, une anémie, une hypertrophie cardiaque ainsiquune réduction importante de la fertilité chez les mâles etles femelles au-delà de 20 semaines.Les mutations de lADNmtinfluencent-elles le tauxdapoptose ?dapoptose ?Création de souris déficientes pour lactivité 3-5exonuclease nécessaire pour leur activité proof-reading lors de la synthèse de mtDNAKujoth et al. (2005), Science 309, 481-484.
  28. 28. Augmentationdu tauxdapoptoseKujoth et al. (2005), Science 309, 481-484.Marquage TUNELOn nobservepasdaugmentationKujoth et al. (2005), Science 309, 481-484.daugmentationdes marqueursdu stressoxydatifMais…
  29. 29. Le débat est-il clos ?• In the exonuclease-deficient mice, mutations apparentlyfind their origin in polymerase errors early in life, with notmuch further accumulation at older ages. By contrast, innormal mice, mtDNA mutations are rare in early life butaccumulate exponentially during aging, possibly as aresult of oxidative damage (this may not be true forresult of oxidative damage (this may not be true forhumans). Hence, mtDNA mutations in mutator andnormal mice may affect different types of cells (forexample, mitotically active versus oxidatively stressed),and the lack of a phenotype in the heterozygousexonuclease deficient mice may simply reflect the failureto hit the right cell types at the right time.Khrapko & Jan Vijg (2007) Nature Genetics 39, 445-446Do we age like mice?• Certain types of mtDNA mutations, such as large deletionsappear to be particularly important for human aging (forexample, in the substantia nigra). Patients with inheriteddefects in the polymerase domain of the mitochondrial DNApolymerase (which result in increased levels of mtDNAdeletions) suffer from neurodegeneration in the substantianigra and Parkinsonism.nigra and Parkinsonism.• It is possible that the functional impact of mtDNA mutationsin mice is different from that in humans. mtDNA mutationfrequencies lower than the ones found to have no adverseeffects on the Polgmut/+ mice have been associated withdefects in mitochondrial oxidative phosphorylation in coloniccrypts of aged humans. Hence, even if mtDNA mutationsare irrelevant for mouse aging, they may still be causallyrelated to human aging.Khrapko & Jan Vijg (2007) Nature Genetics 39, 445-446
  30. 30. Rôle de lapoptose dans levieillissement• Les mutations de lADNmt contribuent-elles à la mort de cellules post-mitotiques?• Lapoptose, contribue-t-elle au• Lapoptose, contribue-t-elle auvieillissement de tissus post-mitotiques ?• Comme la sénescence, limite-t-elle lacapacité de renouvellement destissus composés de cellulesprolifératives?Un rôle pour latélomérase dans lestélomérase dans lesmitochondries ?TERT overexpression does notmaintain telomere length underhyperoxiaAhmed et al. (2008) J Cell Sci.121,1046-53.Telomerase isexcluded fromthe nucleusunder oxidativestress andstress andcolocaliseswithmitochondriaAhmed et al. (2008) J Cell Sci.121,1046-53.
  31. 31. TERT overexpression protects mitochondrialDNA integrity and mitochondrial functionunder oxidative stressFrequency oflesions in mtDNAMitochondrialsuperoxidegenerationCellularperoxidelevelsAhmed et al. (2008) J Cell Sci.121,1046-53.TERT overexpressionimproves resistance against apoptosis.La protection des mitochondries dans des conditions de stress modéré : unenouvelle fonction de la télomérase ?Participe-t-elle au vieillissement ?Ahmed et al. (2008) J Cell Sci.121,1046-53.

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