Rôle de FAT10 dans la sénescence des hépatocytes et le développement de la NASH

Role of FAT10 in the senescence of hepatocytes and NASH development

• Auteur / Autrice : Lucie Bernard
• Direction : Rejane Paumelle-Lestrelin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie, biologie cellulaire et moléculaire, physiologie et nutrition
• Date : Soutenance le 22/11/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Récepteurs Nucléaires, Maladies Métaboliques et Cardiovasculaires (Lille)
• Jury : Président / Présidente : Bart Staels
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Catherine Postic, David Bernard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Troubles du métabolisme lipidique

Métabolisme lipidique

Lipides

Ubiquitines

Vieillissement de la cellule

Hépatocytes

Stéatose hépatique non alcoolique

Troubles du métabolisme des lipides

Lipides -- Métabolisme

Ubiquitine

Vieillissement précoce

Vieillissement

Hépatocytes

Stéatose hépatique non alcoolique

Mots clés libres

NASH

NAFLD

FAT10

UBD

Sénescence

Hépatocytes

NASH

NAFLD

FAT10

UBD

Senescence

Hepatocytes

Résumé

L'accumulation d'hépatocytes sénescents a été identifiée comme un facteur clé dans la progression des maladies du foie gras non alcooliques (NAFLDs), qui correspondent à un spectre de pathologies hépatiques chroniques, allant de la simple stéatose jusqu'au développement d'une stéato-hépatite non alcoolique (NASH), d'une cirrhose voire d'un carcinome hépatocellulaire (HCC). Cependant, les mécanismes et acteurs participant à la régulation de la sénescence au cours de la NASH sont encore peu décrits. L'objectif de cette thèse a donc été d'étudier les mécanismes contrôlant la sénescence des hépatocytes au cours du développement de la NASH. Grâce à des analyses transcriptomiques et protéiques, nous avons montré dans les foies de patients et de souris que la protéine FAT10 (human leukocyte antigen-F Adjacent Transcript 10), aussi appelée UBD (Ubiquitine D), est induite au cours de la NASH. Or, FAT10 est une protéine ubiquitin-like qui interagit avec différents partenaires jouant un rôle dans le métabolisme et la sénescence, nous avons donc émis l'hypothèse que FAT10 pourrait être impliquée dans le développement de la NASH, ainsi que dans l'induction et la propagation de la sénescence des hépatocytes. Dans un premier temps, nous avons montré dans les foies de patients NASH une corrélation positive entre l'expression de FAT10 et la gravité de la maladie. A l'inverse, l'expression de FAT10 diminue lorsque la maladie régresse. Nous avons montré spécifiquement dans les hépatocytes de souris NASH que l'expression de Fat10 corrèle négativement avec les voies du métabolisme des lipides, et que de manière intéressante, la diminution de l'expression de Fat10 dans les hépatocytes des souris NASH diminue la stéatose hépatique, en réduisant la taille et le nombre des gouttelettes lipidiques. Dans un second temps, nous avons montré une corrélation positive entre l'expression de FAT10 et celle des gènes de la sénescence au sein des foies de patients NASH. Cette corrélation est retrouvée spécifiquement dans les hépatocytes chez la souris atteinte de NASH. De plus, dans ce modèle murin, l'expression de Fat10 corrèle positivement avec l'activité SA-β-Gal (Senescence Associated-β-Galactosidase) du foie. In vitro, l'induction de la sénescence dans les hépatocytes humains par une irradiation ou un traitement à l'H2O2 permet d'induire la protéine FAT10 en tant qu'acteur du SASP (Senescence Associated Secretory Phenotype). De manière intéressante, l'inhibition de FAT10 dans ce modèle favorise l'induction et la propagation de la sénescence, par une augmentation de l'activité SA-β-Gal, une induction des gènes du SASP, un arrêt de la prolifération cellulaire accélérée, une induction des acteurs de la réponse aux dommages à l'ADN et une accumulation plus importante de gouttelettes lipidiques. A l'inverse, la surexpression stable de FAT10 dans les hépatocytes sénescents accélère la perte du statut sénescent (diminution de l'activité SA-β-Gal), et promeut l'échappement et l'acquisition d'un phénotype pro-cancéreux par les hépatocytes. Au final, ces données suggèrent que l'induction de FAT10 au sein des hépatocytes lors du développement de la NASH favorise la progression de la maladie, d'une part en altérant le métabolisme des lipides au sein des hépatocytes stéatosés, et d'autre part en favorisant progressivement l'échappement des hépatocytes sénescents à leur phénotype, ce qui pourrait conduire au développement de l'HCC.

The accumulation of senescent hepatocytes has been identified as a key factor in the progression of non-alcoholic fatty liver diseases (NAFLDs), which correspond to a spectrum of chronic liver pathologies, ranging from simple steatosis to the development of non-alcoholic steatohepatitis (NASH), cirrhosis or even hepatocellular carcinoma (HCC). However, the mechanisms and actors involved in the regulation of senescence during NASH are still poorly described. The objective of this thesis was therefore to study the mechanisms controlling hepatocyte senescence during the development of NASH. Using transcriptomic and protein analyses, we have shown in the livers of patients and mice that the protein FAT10 (human leukocyte antigen-F Adjacent Transcript 10), also called UBD (Ubiquitin D), is induced during NASH. However, FAT10 is an ubiquitin-like protein that interacts with different partners playing a role in metabolism and senescence, we therefore hypothesized that FAT10 could be involved in the development of NASH, as well as in the induction and spread of hepatocyte senescence. First, we showed in the livers of NASH patients a positive correlation between the expression of FAT10 and the severity of the disease. Conversely, FAT10 expression decreases when the disease regresses. We showed specifically in hepatocytes of NASH mice that the expression of Fat10 negatively correlates with lipid metabolism pathways, and that interestingly, the decrease of Fat10 expression in NASH mice hepatocytes decreases hepatic steatosis, by reducing the size and number of lipid droplets. Secondly, we showed a positive correlation between the expression of FAT10 and of senescence genes in the livers of NASH patients. This correlation is found specifically in hepatocytes in mice. Furthermore, in this mouse model of NASH, Fat10 expression positively correlates with liver SA-β-Gal (Senescence Associated-β-Galactosidase) activity. In vitro, the induction of senescence in human hepatocytes by an irradiation or a treatment with H2O2 induces FAT10 protein as a SASP (Senescence Associated Secretory Phenotype) actor. Interestingly, FAT10 inhibition in this model promotes the induction and propagation of senescence, through an increase of SA-β-Gal activity, an induction of SASP genes, an accelerated cell proliferation arrest, an induction of the DNA damage response system and a greater accumulation of lipid droplets. Conversely, stable overexpression of FAT10 in senescent hepatocytes accelerates the loss of senescent status (decreased SA-β-Gal activity), and promotes the senescence escape and the acquisition of a pro-cancerous phenotype. In the end, all of these data suggest that the induction of FAT10 within hepatocytes during the development of NASH promotes the progression of the disease, on one hand by altering lipid metabolism within steatotic hepatocytes, and on the other hand by gradually promoting the escape of senescent hepatocytes, which could lead to the development of HCC.