Découverte de composes sénolytiques et caractérisation de leurs mécanismes d'action en sénescence induite par l'oncogène BRAF-V600E

Senolytic drug discovery and mechanisms of action in BRAF-V600E oncogene-induced senescence

• Auteur / Autrice : Valentin L'hôte
• Direction : Carl Mann, Jean-Yves Thuret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Soutenance le 27/06/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Pascale Bertrand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nadine Martin, Corinne Abbadie, Isabelle Petropoulos
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nadine Martin, Corinne Abbadie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vieillissement de la cellule

Apoptose

Autophagie

Oncogènes

Criblage pharmacologique

Mots clés libres

Sénescence cellulaire

Criblage de chimiothèques

Mécanismes d'action

Sénolytiques

Cardioglycosides

Ire1

Cell senescence

Chemical library screening

Mechanisms of action

Senolytics

Cardioglycosides

Ire1

Résumé

En réponse à l'expression d'oncogène (tel que BRAF-V600E), à des traitements génotoxiques ou à d'autres stress, les cellules eucaryotes peuvent éviter l'apoptose et déclencher la sénescence. La sénescence est un destin cellulaire caractérisé par un arrêt prolifératif quasi-irréversible et une reprogrammation transcriptionnelle profonde, conduisant notamment à une sécrétion importante de facteurs inflammatoires collectivement appelés phénotype sécrétoire associé à la sénescence (SASP). En raison de l'augmentation de la demande sécrétoire et de stress chroniques, la protéostase peut être perturbée en sénescence. Comme elle limite la prolifération de cellules susceptibles de présenter un potentiel pré-néoplastique, la sénescence est un processus essentiel de suppression tumorale ; cependant, l'accumulation de cellules sénescentes au cours du vieillissement, dans des contextes pathologiques, ou après chimiothérapie ou radiothérapie, est préjudiciable et entraîne un dysfonctionnement tissulaire. Les sénolytiques sont des composés qui induisent sélectivement l'apoptose dans les cellules sénescentes tout en épargnant les cellules normales, et leur application thérapeutique s'est avérée une stratégie pharmacologique efficace dans différents contextes pathologiques où la sénescence joue un rôle moteur. Le but de ce projet était d'identifier de nouveaux composés sénolytiques, notamment dans la sénescence induite par BRAF-V600E, et de caractériser leurs mécanismes d'action, ajoutant ainsi à la compréhension de la régulation des voies de survie cellulaire en sénescence. Les cardioglycosides constituent une classe de composés qui ont été identifiés comme de puissants sénolytiques dans le criblage d'une chimiothèque de repositionnement. Nous avons montré que les cellules sénescentes BRAF-V600E étaient remarquablement sensibles à la sénolyse induite par les cardioglycosides. Nous avons démontré que les cellules sénescentes BRAF-V600E ont un flux autophagique accru, essentiel à leur survie, et que les cardioglycosides agissent comme sénolytiques en inhibant l'autophagie via la transduction du signal par la Na,K-ATPase. En conséquence, le blocage de l'autophagie par d'autres voies, comme avec la chloroquine, était également sénolytique. Pour mieux comprendre la régulation de l'autophagie et de la protéostase en sénescence et identifier de nouvelles cibles sénolytiques, nous avons ensuite évalué le stress du réticulum endoplasmique et la réponse aux protéines mal repliées (UPR) dans différents modèles de sénescence. En parallèle, nous avons criblé diverses chimiothèques, dans lesquelles nous avons identifié des sénolytiques potentiels ciblant différentes facettes de la protéostase. Notamment, nous avons découvert que le senseur de l'UPR Ire1 était régulé à la hausse en sénescence induite par l'expression d'oncogènes. Ire1 régule le destin cellulaire par plusieurs voies, et de nombreux composés qui modulent de manière différentielle son activité sont disponibles. Nous avons donc utilisé un panel de modulateurs d'Ire1 pour commencer à caractériser son rôle en sénescence, et établir de nouvelles stratégies sénolytiques. En résumé, nos résultats soulignent le potentiel sénolytique du ciblage de l'autophagie et de la protéostase dans la sénescence induite par l'expression d'oncogènes, et l'importance de caractériser en détails les mécanismes d'action des sénolytiques pour identifier de nouvelles cibles et voies de régulation.

In response to oncogene expression (such as BRAF-V600E), genotoxic insults, or other stresses, eukaryotic cells can suppress apoptosis and enter senescence. Senescence is a cell fate characterized by a quasi-irreversible proliferative arrest and deep transcriptional reprogramming, notably leading to an important secretion of inflammatory factors collectively termed the senescence-associated secretory phenotype (SASP). Due to increased secretory demands and chronic stress, proteostasis may be challenged in senescence. As it limits the proliferation of cells possibly bearing pre-neoplastic potential, senescence is an essential tumor suppressing process; however, the accumulation of senescent cells during aging, in pathological contexts, or following chemotherapy or radiotherapy, is detrimental and leads to tissue dysfunction. Senolytics are drugs that selectively induce apoptosis in senescent cells while sparing normal cells, and their therapeutical application has proved a valuable pharmacological strategy in pathological contexts in which senescence plays a driving role. The aim of this project was to identify novel senolytic compounds, notably in BRAF-V600E-induced senescence, and to characterize their mechanisms of action, thereby adding to the understanding of cell survival pathways regulation in senescence. Cardioglycosides constitute a class of drugs that were identified as potent senolytics in the screen of a repurposing library. We showed that BRAF-V600E senescent cells were remarkably sensitive to senolysis induced by cardioglycosides. We demonstrated that BRAF-V600E senescent cells have a heightened autophagy flux that is essential to their survival, and that cardioglycosides acted as senolytics by inhibiting autophagy through Na,K-ATPase signal transduction. Accordingly, blocking autophagy through other routes such as with chloroquine was also senolytic. To gain insight into the regulation of autophagy and proteostasis in senescence and identify new senolytic targets, we then assessed endoplasmic reticulum stress and the unfolded protein response (UPR) in different senescence models. In parallel, we screened various chemical libraries, in which we identified potential senolytics targeting different facets of proteostasis. Interestingly, we found that UPR sensor Ire1 was upregulated in oncogene-induced senescence. Ire1 regulates cell fate through several pathways, and many small compounds that differentially modulate its activity are available. We thus employed a panel of Ire1 modulators to begin characterizing its role in senescence, and establish novel senolytic strategies. Collectively, our results highlight the senolytic potential of targeting autophagy and proteostasis in oncogene-induced senescence, and the importance of deciphering the mechanisms of action of senolytics to identify new targets and regulatory pathways.