Étude des mécanismes du vieillissement précoce dans un syndrome progéroïde humain

Mechanisms of precocious ageing in a human progeroid syndrome

• Auteur / Autrice : Cristina Fernández Molina
• Direction : Miria Ricchetti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomédecine moléculaire
• Date : Soutenance le 03/12/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Cellules Souches et Développement
• Jury : Président / Présidente : Bertrand Friguet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Clément Crochemore, Guillaume Laugel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Donata Orioli, Agnès Rötig
• DOI : 10.70675/f78c9fa2z621cz48b6zbf00z1133c36b723a

Mots clés

Mots clés contrôlés

ARN polymérase ADN dépendante

CRISPR-Cas9

Vieillissement précoce

Aspect moléculaire

Étiologie

Syndrome de Cockayne

Mots clés libres

Vieillissement

Syndrome progeroïde

Cockayne syndrome

Sénescence

CRISPR-cas9

Mitochondrie

Dégradation des protéines

CSB

Progeroid cockayne syndrome

Mitochondria

Ageing

Résumé

La compréhension des altérations moléculaires du syndrome de Cockayne (CS), une maladie génétique rare dans laquelle le vieillissement est accéléré, est essentielle pour développer des traitements, et élucider les dysfonctionnements impliqués dans le vieillissement physiologique. Le CS présente un large spectre de sévérité clinique qui ne repose pas sur une simple corrélation génotype/phénotype. Ce projet est basé sur une altération spécifique aux cellules CS, démontrée dans le laboratoire, qui implique la déplétion de l'ADN polymérase mitochondriale POLG1 conduisant à un dysfonctionnement de l’organelle. Cette altération est due à la surexpression de la protéase HTRA3, qui est déclenchée par un stress oxydatif/nitrosatif accru. La réduction de ces espèces réactives a permis de corriger ces altérations et a ouvert la voie à un traitement pour le CS. Ce travail de thèse i) a contribué à la découverte que la voie défectueuse du CS est récapitulée au cours de la sénescence réplicative des cellules normales, un processus lié au vieillissement physiologique, ii) a identifié le mécanisme HTRA3-dépendant de dégradation de POLG1 dans les cellules CS et dans les cellules sénescentes, iii) a développé de multiples modèles cellulaires isogéniques (fibroblastes, cellules souches pluripotentes induites et organoïdes cérébraux) avec CRISPR-Cas9, permettant des études mécanistiques et de corrélation génotype/phénotype. Ces études fournissent de nouvelles informations sur les mécanismes conduisant aux altérations progeroïdes dans le CS, sur leurs liens avec le vieillissement physiologique, et établissent des modèles expérimentaux uniques pour l'étude de la pathogenèse de cette maladie.

Dissecting the molecular defects in rare genetic disorders like Cockayne syndrome (CS), in which ageing is dramatically accelerated, is critical to develop treatments, which are missing to date, and elucidate dysfunctions that are possibly implicated in physiological ageing. CS also displays a large spectrum of clinical severity which does not rely on simple genotype/phenotype correlation. This project is based on a working model established in the lab that identified CS-specific depletion of the mitochondrial DNA polymerase POLG1 leading to mitochondrial dysfunction, as a possible cause of CS progeroid defects. POLG1 depletion required overexpression of the HTRA3 protease, which was trigged by increased oxidative/nitrosative stress. Scavenging both reactive species, rescued these defects and opened the path to a treatment for CS. This PhD work: i) Contributed to the discovery that the CS-defective pathway is recapitulated in replicative senescence of normal cells, a process linked to regular aging. ii) Identified the mechanism of HTRA3-dependent POLG1 degradation in CS and senescent cells with implications for POLG1 homeostasis in normal cells. iii) Developed multiple isogenic cellular models (skin fibroblasts, induced pluripotent stem cells and cerebral organoids) with CRISPR-Cas9 that are essential for mechanistic studies and to address genotype/phenotype correlations, in the absence of a reliable mouse model for CS. Taken together, these studies provide novel insights into the mechanisms leading to defects in progeroid CS and their links with physiological ageing. They also establish unique CS models for studying CS pathogenesis.