Développement de nouveaux composés sénolytiques bifonctionnels : conception, études mécanistiques et preuve de concept

Towards selective bifunctional senolytic compounds : design, mechanistic studies and proof of concept

• Auteur / Autrice : Mazzarine Dotou-Huetz
• Direction : Chahrazade El Amri, Roba Moumné, Aurore L'Honoré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et développement
• Date : Soutenance le 19/12/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Adaptation biologique et vieillissement (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Sébastien Papot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Laure Bulteau, Isabelle Leroux-Nicollet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sébastien Vidal, Corinne Abbadie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéases

Vieillissement

Muscles striés

Muscles -- Régénération (biologie)

Mots clés libres

Sénescence

Sénothérapies

Maladies associées à l’âge

Vieillissement musculaire

Régénération musculaire

Marqueurs de sénescence

Senescence

Senotherapies

Senescence markers

Age-Related diseases

Muscle ageing

Muscle regeneration

Résumé

Le vieillissement s'accompagne d'un déclin des propriétés régénératrices de la plupart des tissus, et l’accumulation de cellules sénescentes au cours de l’âge est associée à ce déclin. La sénescence est une réponse cellulaire dû au raccourcissement des télomères ou à l’exposition aux stress provoquant une accumulation de dommages à l’ADN et / ou un stress oxydant. Cette réponse cellulaire est caractérisée par un arrêt irréversible du cycle cellulaire, une augmentation de l’activité β-galactosidase associée à la sénescence ainsi que la sécrétion du Senescence-Associated Secretory Phenotype ou SASP composé de cytokines, chimiokines, facteurs de croissance et protéases. La composition de ce SASP et par conséquent son rôle, dépendent du type cellulaire et de la nature du stress inducteur de sénescence et contribue aux effets délétères des cellules sénescentes. Parmi les tissus affectés, les muscles du squelette représentent un paradigme pour explorer les stratégies régénératives. Grâce à une population de cellules souches musculaires qui peuvent s'activer, proliférer et se différencier pour former de nouvelles myofibres, le muscle possède une remarquable capacité de régénération après blessure. Au cours du vieillissement et dans certaines dystrophies musculaires, ce potentiel s’épuise en raison de l'entrée progressive des cellules souches musculaires en sénescence. Le développement d’une sénotherapie basée sur l’utilisation de composés sénolytiques, capables d'éliminer les cellules sénescentes constitue donc une stratégie prometteuse. Cependant, les composés actuellement disponibles se caractérisent par un manque de spécificité. Ce travail de thèse a consisté à concevoir, synthétiser et évaluer pour la première fois deux nouveaux types de composés bifonctionnels innovants avec une sélectivité optimisée en ciblant la DPP4, protéase membranaire surexprimée sur la surface des cellules sénescentes. Le premier composé est la conjugaison entre le sénolytique puissant et un ligand de haute affinité de la DPP4 permettant un adressage moléculaire. La seconde est caractérisée, en plus, par un linker immolable, sensible à l’activité β-galactosidase associée à la sénescence permettant la libération spécifique du sénolytique au sein des cellules sénescentes. Les évaluations de ces composés ont été réalisé sur différentes lignées rendues sénescentes par différents stress et comparés à des sénolytiques et sénormorphiques de référence. En conclusion, les molécules bifonctionnelles développées au cours de cette thèse possèdent un pouvoir sénolytique similaire à la Piperlongumine, agent sénolytique utilisé pour la conception avec une sélectivité améliorée vis-à-vis des cellules non-sénescentes comparative aux sénolytiques de référence, Quercetin et Dasatinib par exemple. L’étude du mode d’action de la Piperlongumine a également été étudié, en particulier de l’état métabolique quelques cibles intracellulaires. Nos données constituent ainsi une excellente base pour développer un nouveau format de sénomodulateurs avec une sélectivité améliorée à des fins de régénération musculaire.

Ageing is accompanied by a decline in the regenerative properties of most tissues, and the accumulation of senescent cells as we age is associated with this decline. Senescence is a cellular response due to telomere shortening or exposure to stresses causing an accumulation of DNA damage and/or oxidative stress. This cellular response is characterized by an irreversible cell cycle arrest, an increase in the β-galactosidase activity associated with senescence and the secretion of the Senescence-Associated Secretory Phenotype or SASP composed of cytokines, chemokines, growth factors and proteases. The composition of this SASP, and therefore its role, depends on the cell type and the nature of the senescence-inducing stress, and contributes to the deleterious effects of senescent cells. Among the tissues affected, skeletal muscle represents a paradigm for exploring regenerative strategies. Thanks to a population of muscle stem cells that can activate, proliferate and differentiate to form new myofibers, muscle has remarkable capacity for regeneration after injury. During the ageing process and muscular dystrophies, this potential is depleted as muscle stem cells gradually enter senescence. The development of senotherapy based on the use of senolytic compounds capable of eliminating senescent cells is therefore a promising strategy. However, the compounds currently available lack specificity. This thesis involved designing, synthesizing and evaluating for the first time two new types of innovative bifunctional compounds with optimized selectivity targeting DPP4, a membrane protease overexpressed on the surface of senescent cells. The first compound is characterized by a conjugation between a potent senolytic and a high-affinity ligand for DPP4, enabling molecular addressing. The second is additionally characterized by an immolative linker, sensitive to the senescence associated β-galactosidase activity, enabling specific release of the senolytic within senescent cells. These constructs were evaluated on different cell lines rendered senescent by various stresses and compared with reference senolytics and senormorphics. In conclusion, the bifunctional molecules developed during this thesis have a senolytic power similar to that of Piperlongumine, the parent senolytic agent used for design purposes, with improved selectivity towards non-senescent cells compared with reference senolytics such as Quercetin and Dasatinib. The mode of action of Piperlongumine was also studied in particular metabolism disruption, and intracellular targets. Hence, our data constitute an excellent basis to develop a new format of senomodulators with improved selectivity for muscle regeneration strategy purposes.