Caractérisation et impact de la sénescence sur l'involution de la glande mammaire

Characterization and impact of cellular senescence during mammary gland involution

• Auteur / Autrice : Elsa Charifou
• Direction : Han Li
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et développement
• Date : Soutenance le 26/09/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Plasticité cellulaire dans les pathologies liées à l’âge (2022-....)
• Jury : Président / Présidente : Chahrazade El Amri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dmitry Bulavin, Bethan Lloyd-Lewis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Serge Adnot, Félicity Mae Davis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Glande mammaire

Cancer du sein

Cycle cellulaire

Vieillissement

Cellules

Mots clés libres

Sénescence

Glande mammaire

Involution

Organoides

Cancer du sein post-partum

Senescence

Mammary gland

Involution

Organoids

Post-partum breast cancer

Résumé

La sénescence est une réponse à un stress biologique, caractérisée par un arrêt stable du cycle cellulaire. Néanmoins, les cellules restent métabolliquement actives et acquièrent un phenotype sécrétoire associé à la sénescence, avec la production d’un sécrétome complexe composé de cytokines, chémiokines, facteurs de croissance et modulateurs du remodelage de la matrice extracellulaire. La sénescence est associée à de nombreux processus pathologiques, comme la tumorigénèse et le vieillessement. Cependant, où, quand et comment la sénescence contribue aux processus physiologiques reste méconnu. Pour répondre à cette question, nous avons tiré profit de la glande mammaire (GM), un organe avec une plasticité remarquable pendant le développement post-natal. L’involution de la GM est l’un des évenements majeurs de mort cellulaire et de remodelage tissulaire chez les mammifères, lorsque les cellules épithéliales produisant le lait sont éliminées et que la GM retourne à son état pré-grossesse, attendant la prochaine gestation. Au cours de ma thèse, nous avons montré que la sénescence était induite transitoirement pendant la phase irréversible de l’involution. De plus, le programme de sénescence apparaissait spécifiquement dans les cellules luminales productrices de lait et corrélait à l’expression de l’inhibiteur du cycle cellulaire p16. En parallèle, nous avons établi un nouveau modèle d’organoides pour mimer la gestation, la lactation et l’involution de la GM. Dans ce modèle ex-vivo, nous avons aussi relever la présence de cellules sénescentes strictement lors du processus d’involution. Pour évaluer l’impact biologique de la sénescence in vivo, nous avons utilisé une méthode de scellement des mamelons pour découpler les phases réversible et irréversible de l’involution. Nous avons dévoilé une association étroite entre le sevrage des hormones lactogéniques qui a lieu lors de la seconde phase d’involution, et l’induction du programme de sénescence. Pour mieux définir les rôles physiologiques de la sénescence pendant l’involution, nous avons traités des souris avec de l’ABT-263, un composé sénolytique induisant l’apoptose des cellules sénescentes. Nous avons observé une altération du remodelage tissulaire suite à l’élimination des cellules sénescentes, avec des alvéoles résiduelles plus larges et un remplissage adipocytaire retardé. De plus, dans des organoides provenant de souris transgéniques p16-3MR, nous avons éliminé les cellules sénescentes avec succès grâce à l’administration de ganciclovir, ce qui a retardé le processus d’involution. Dans leur ensemble, les modèles in vivo et ex-vivo suggèrent un rôle important de la sénescence pour moduler la phase de remodelage tissulaire dans l’involution de la GM. Enfin, le processus d’involution est intiment lié avec le cancer du sein post-partum, un cancer diagnostiqué dans les 10 ans suivant une grossesse et associé à un mauvais pronostic. Explorer comment la sénescence impacte le microenvironnement lors de l’involution pourrait ainsi fournir de nouvelles connaissances pour mieux comprendre le cancer du sein post-partum.

Cellular senescence is a biological stress response characterized by a stable cell cycle arrest. Nonetheless, cells remain metabolically active and acquire a senescence-associated secretory phenotype (SASP), a complex secretome composed of cytokines, chemokines, growth factors, and extracellular matrix remodeling modulators. Senescence is associated with various pathological processes, such as tumorigenesis and aging. However, it is unknown when, where and how senescence contributes to physiological processes. To answer this question, we took advantage of the mammary gland (MG), an organ with remarkable plasticity throughout postnatal development. The MG involution is one of the major mammalian cell death and tissue remodeling events, when milk-producing epithelial cells are removed, and the MG returns to its pre-gestation state, resting for further pregnancy. During my Ph.D., we showed that senescence was transiently induced during the irreversible phase of involution. The senescent program occurred specifically in the alveolar milk-producing luminal cells and correlated with the expression of the cell cycle inhibitor p16. In parallel, we established a novel organoid system to mimic MG gestation, lactation, and involution. In this ex-vivo model, we also highlighted the presence of senescent cells strictly during the involution-like process. To assess the biological impact of senescence in vivo, we used a teat sealing method to uncouple the reversible and irreversible phases of involution. We unveiled a close association between the withdrawal of lactogenic hormones occurring in the second phase of involution and the induction of the senescence program. To further define the physiological roles of senescence during involution, we treated mice with ABT-263, a senolytic compound inducing apoptosis of senescent cells. Interestingly, we observed an impaired tissue remodeling upon senescence elimination, with larger remaining alveolar structures and delayed adipocyte refilling. Moreover, in organoids from transgenic p16-3MR mice, we successfully removed senescent cells with ganciclovir and delayed the involution-like process. Taken together, both in vivo and ex-vivo models suggest an essential role of senescence in modulating the tissue remodeling phase of MG involution. Importantly, the involution process is intimately associated with postpartum breast cancer (PPBC), a cancer diagnosed within 10 years following delivery with a poor prognosis. Investigating how senescence impacts the microenvironment during the involution process might provide major insights to understand PPBC.