altération de la niche des cellules souches alvéolaires dans l'emphysème : le rôle de p16 et srebp dans la régénération pulmonaire

alteration of alveolar stem cell niche in emphysema: the role of p16 and srebp in lung regeneration

• Auteur / Autrice : Marylène Toigo
• Direction : Laurent Boyer
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 27/09/2024
• Etablissement(s) : Paris 12
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Créteil ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Mondor de Recherche Biomédicale (Créteil)
• Jury : Président / Présidente : Maeva Zysman
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Boyer, Claude Chapman, Arnaud Mailleux, Mareike Lehmann, Janine Gote-schniering
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claude Chapman, Arnaud Mailleux

Mots clés

Mots clés libres

Régénération pulmonaire

Pneumocytes de type 2

P16INK4a

Lipofibroblastes

Srebp

Emphysème

Lung regeneration

Alveolar Type 2 cells

P16INK4a

Lipofibroblasts

Srebp

Emphysema

Résumé

Les alvéoles sont essentielles pour les échanges gazeux au niveau pulmonaire et leur destruction aboutit à une diminution de la surface d’échange, comme au cours de l’emphysème, et conduit au développement d’une insuffisance respiratoire chronique. La défaillance des mécanismes de réparation alvéolaire rend ces lésions irréversibles sans possibilité de formation de nouvelles alvéoles. Ces processus de réparation/régénération dépendent des cellules épithéliales progénitrices, notamment les pneumocytes de types 2 (AT2s), qui se différencient en pneumocytes 1 (AT1s) via plusieurs états cellulaires intermédiaires. Ce processus est sous dépendance de cellules constituant la niche de cellules souches alvéolaires, en particulier les fibroblastes qui jouent un rôle de soutien pour les cellules épithéliales progénitrices, notamment les AT2s. L’hypothèse principale de la thèse est que cibler le régulateur du cycle cellulaire p16INK4a (p16) dans les AT2s ou les voies de la lipogenèse dans les fibroblastes (pour programmer vers des fibroblastes de type lipofibroblastes (LIFs)) pourrait restaurer la plasticité cellulaire des AT2s en favorisant leur différenciation en AT1s et ainsi promouvoir la régénération alvéolaire. Dans la première partie de l’étude, en utilisant un modèle d’emphysème induit par l’élastase, nous avons démontré que les souris emphysémateuses présentaient une expression accrue de p16 dans les AT2s ainsi qu’une dysfonction propriétés de cellules progénitrices des cellules épithéliales documentée dans un modèle d’organoïdes alvéolaires, associée à une augmentation du nombre d’AT2s activés exprimant LCN2, LRG1 et IL33. La délétion de p16 ne protégeait pas de la destruction alvéolaire mais permettait la régénération alvéolaire 150 jours après l’instillation d’élastase, la restauration des capacités des AT2s à former des organoïdes alvéolaires in vitro, une réduction de la senescence cellulaire ainsi qu’un retour à la normal du nombre d’AT2s activés. L’utilisation de sénolytiques chez des souris WT instillées à l’élastase reproduisait cet effet avec une restauration des capacités de régénération des AT2s in vitro et une réparation des alvéoles. P16 bloquerait les AT2s dans un état de différenciation inachevé caractérisé par une accumulation d’AT2 activés. Eliminer les cellules exprimant p16 ou bloquer p16 pourrait corriger cette dysfonction en restaurant la différenciation des AT2s en AT1s, favorisant ainsi la régénération alvéolaire en cas d’emphysème pulmonaire. Dans la deuxième partie, nous avons démontré, que les LIFs étaient réduits dans les poumons de patients emphysémateux. Nous avons également montré que l'activation des voies de signalisation impliquées dans la lipogenèse, notamment la voie Sterol regulatory element-binding protein (SREBP), pouvait induire un switch des fibroblastes primaires humains en LIFs. Cette activation était associée à une synthèse accrue de lipides (phosphatidylcholine PC32_0) qui sont des composants de surfactant produits par les AT2s. L'activation de la voie SREBP dans les fibroblastes améliore les propriétés de niche des fibroblastes quand ils sont co-cultivés avec des AT2s de lignées ou primaires dans un modèle d’organoïdes alvéolaires. Ainsi, la dysfonction des cellules progénitrices épithéliales dans l’emphysème peut être restaurée directement en délétant p16 dans les AT2s et indirectement en induisant une augmentation des LIFs pour promouvoir une régénération alvéolaire.

The alveoli are essential for gas exchange in the lungs and their destruction results in a reduction in the exchange surface, as in emphysema, and leads to the development of chronic respiratory failure. The failure of alveolar repair mechanisms makes these lesions irreversible without the possibility of new alveoli forming. These repair/regeneration processes depend on epithelial progenitor cells, notably alveolar type 2 cells (AT2s), which differentiate into alveolar type 1 cells (AT1s) via several intermediate cellular states. This process is dependent on cells constituting the alveolar stem cell niche, in particular fibroblasts which play a supporting role for epithelial progenitor cells, notably AT2s. The main hypothesis of the thesis is that targeting the cell cycle regulator p16INK4a (p16) in AT2s or lipogenesis pathways in fibroblasts (to program towards lipofibroblasts (LIFs)) could restore the cellular plasticity of AT2s by promoting their differentiation into AT1s and thus promoting alveolar regeneration. In the first part of the study, using an elastase-induced emphysema model, we demonstrated that emphysematous mice exhibited increased expression of p16 in AT2s as well as dysfunctional properties of epithelial cell progenitor cells. documented in an alveolar organoid model, associated with an increase in the number of activated AT2s expressing LCN2, LRG1 and IL33. The deletion of p16 did not protect against alveolar destruction but allowed alveolar regeneration 150 days after elastase instillation, the restoration of the capacity of AT2s to form alveolar organoids in vitro, a reduction in cellular senescence as well as a return to normal in the number of activated AT2s. The use of senolytics in WT mice instilled with elastase reproduced this effect with a restoration of the regenerative capacities of AT2s in vitro and repair of the alveoli. P16 would block AT2s in a state of incomplete differentiation characterized by an accumulation of activated AT2s. Eliminating cells expressing p16 or blocking p16 could correct this dysfunction by restoring the differentiation of AT2s into AT1s, thus promoting alveolar regeneration in cases of pulmonary emphysema. In the second part, we demonstrated that LIFs were reduced in the lungs of emphysema patients. We also showed that activation of signaling pathways involved in lipogenesis, notably the Sterol regulatory element-binding protein (SREBP) pathway, could induce a switch of human primary fibroblasts into LIFs. This activation was associated with increased synthesis of lipids (phosphatidylcholine PC32_0) which are surfactant components produced by AT2s. Activation of the SREBP pathway in fibroblasts improves the niche properties of fibroblasts when co-cultured with lineage or primary AT2s in an alveolar organoid model. Thus, epithelial progenitor cell dysfunction in emphysema can be restored directly by deleting p16 in AT2s and indirectly by inducing an increase in LIFs to promote alveolar regeneration.