Rôle de l’élastine dans la sénescence cellulaire et l’emphysème pulmonaire induits par la fumée de cigarette

Fumer conduit à un vieillissement prématuré. La perte d’élasticité tissulaire et l’accumulation de cellules sénescentes sont deux caractéristiques du vieillissement qui sont accélérées par la fumée de cigarette (FC). L’intoxication à la FC est le facteur de risque essentiel de l’emphysème pulmonaire et de la BPCO, quatrième cause de mortalité mondiale. La déstructuration des fibres d’élastine pulmonaires (perte d’élasticité et dysfonction alvéolaire) et la sénescence accrue des cellules pulmonaires (bloquant leur capacité de réparation, et responsable d’une sécrétion aberrante de cytokines) sont deux processus clés de l’emphysème et de la BPCO liés à la FC. Ces deux mécanismes sont aussi impliqués dans les atteintes systémiques des fumeurs et BPCO, telle la rigidité artérielle, précurseur de pathologies vasculaires. Les résultats obtenus par nos deux équipes démontrent le lien encore inexploré entre élastine et sénescence cellulaire. La perte/dégradation d’élastine induit une sénescence cellulaire et
inversement, la sénescence cellulaire perturbe l’homéostasie de l’élastine.

Notre but est de démontrer que la FC, puissant inducteur de sénescence cellulaire et de perte/dégradation de l’élastine, agit comme initiateur de ces mécanismes s’amplifiant mutuellement et conduisant à la destruction du parenchyme pulmonaire et aux manifestations systémiques.

Objectif 1. Mécanismes par lesquels la perte/dégradation de l’élastine induit la sénescence de divers types de cellules pulmonaires. Nous explorerons les effets de la perte d’élastine (suppression du gène tropoélastine, ELN), de la dégradation des fibres d’élastine (cellules exposées à l’élastase) et des produits de dégradation de l’élastine (EDP) appliqués sous forme de protéines de synthèse.

Objectif 2. Potentiel de la tropoélastine, précurseur de l’élastine, à protéger de la sénescence cellulaire induite par la FC. Nous étudierons l’effet de la transduction du gène ELN de la tropoélastine, d’élastine exogène (fibres purifiées ou protéine recombinante) et de l’augmentation pharmacologique de la tropoélastine sur la sénescence de cellules pulmonaires humaines exposées à la FC ou dérivées de fumeurs et de patients BPCO.

Objectif 3. Effets de l’élimination des cellules sénescentes sur la dégradation des fibres d’élastine, la génération d’EDP, la synthèse de tropoélastine et le développement de l’emphysème pulmonaire dans trois modèles:

(i) souris exposées de façon chronique à la FC;

(ii) souris traitées par l’élastase intratrachéale;

(iii) souris traitées par l’élastase et exposées à la FC. On déterminera si l’inactivation de p16 (souris p16 luc/luc), l’élimination pharmacologique de cellules sénescentes (peptide sénolytique Foxo4DR1 par voie intratrachéale ou systémique) ou génétique (activation du transgène ATTAC chez des souris p16-ATTAC), protègent contre l’emphysème pulmonaire. Nous testerons les effets de l’administration intratrachéale d’un vecteur lentiviral codant pour la tropoélastine et/ou de la tropoélastine recombinante par voie parentérale. On évaluera chez les souris traitées à l’élastase et exposées simultanément à la FC si ces approches permettent une réparation et réversibilité de l’emphysème pulmonaire.

Objectif 4. Impact du contenu d’élastine pulmonaire sur la sensibilité à la sénescence et aux altérations pulmonaire induites par la FC. Nous évaluerons chez des souris Eln +/- et les souris Eln +/+ à différents âges le développement d’emphysème pulmonaire spontané et induit par l’exposition à FC. Nous étudierons les souris Eln +/- par rapport aux souris Eln +/+ après instillation intratrachéale d’EDP pour distinguer les effets in vivo du contenu en élastine pulmonaire versus la dégradation de l’élastine sur les altérations pulmonaires induites par la FC.

Objectif 5. Évaluation des niveaux d’EDP (desmosine) en tant que marqueurs de la sénescence des cellules pulmonaires chez les patients atteints de BPCO et chez les fumeurs sans BPCO. Cet objectif bénéficiera de la disponibilité de cohortes préétablies de patients BPCO, fumeurs et non-fumeurs, phénotypés sur des critères de vieillissement systémique et de sévérité de l’atteinte pulmonaire.

Ce projet, reposant sur un concept original, et s’appuyant sur des données préliminaires solides ainsi que sur des technologies et modèles de pointe, nous permettra d’établir de nouveaux mécanismes impliqués dans la sénescence des cellules pulmonaires et la perte d’élasticité des poumons induites par l’exposition à la FC. Les implications thérapeutiques sont majeures, compte tenu de l’intérêt croissant de la recherche pharmaceutique ciblant les cellules sénescentes, l’activité de l’élastase et l’homéostasie de l’élastine. Le ciblage de la sénescence cellulaire via des outils pharmacologiques ayant une incidence sur l’élastolyse est une nouvelle stratégie d’importance primordiale pour les maladies pulmonaires et les manifestations systémiques de l’exposition à la FC.