Rôle du récepteur-1 de la phospholipase A2 (PLA2R1) dans la sénescence cellulaire associée à la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) : implications thérapeutiques potentielles
Institution:
Paris EstDisciplines:
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Abstract EN:
Exaggerated lung-cell senescence is emerging as a key pathogenic factor in several chronic respiratory diseases, including chronic obstructive pulmonary disease (COPD). We previously reported that a characteristic feature of COPD is the accumulation of senescent cells in the lung, which limits the potential for tissue renewal and contributes to chronic inflammation through the senescence-associated secretory phenotype (SASP). Pharmacological approaches designed to inhibit cell senescence and/or eliminate SASP components may therefore hold therapeutic promise in COPD.The goals of my study were (i) to evaluate the role for activation of the PLA2R1 (phospholipase A2-receptor 1) signaling pathway in COPD-associated lung-cell senescence and (ii) to explore various therapeutic approaches. This project was performed in collaboration with Dr. David Bernard's team (INSERM U1052, Lyon), which have identified PLA2R1 as a major promoter of senescence. Several strategies aimed at achieving these goals were evaluated.First, I demonstrated PLA2R1 overexpression in senescent (p16-labelled) cells in lung tissues from patients with COPD. Similarly, in repeatedly passaged primary pulmonary-artery smooth muscle cells (PA-SMCs) and endothelial cells (ECs) from patients with COPD and controls, the increase in PLA2R1 expression was associated with the acquisition of senescence detected as growth arrest and increased beta-galactosidase-positive cell counts. To evaluate the functional role for PLA2R1, I silenced PLA2R1 expression via RNA interference in cultured PA-SMCs or ECs transduced with retroviral vectors encoding either shPLA2R1 or shp53. The result was delayed onset of senescence (measured based on the population doubling level and % of beta-galactosidase-positive cells) and strong inhibition of the SASP, which was very marked in COPD cells.Second, I evaluated whether pharmacological inhibition of senescence was feasible. Senescence induction in PA-SMCs transduced with a retroviral vector encoding PLA2R1 was associated with marked activation of downstream PLA2R1 signaling by the JAK2/STAT pathway. Consequently, I targeted the downstream PLA2R1 signaling pathway (JAK1/2 / STAT) using the potent JAK1/2 inhibitor ruxolitinib. Ruxolitinib treatment strongly inhibited the prosenescent effects seen in cells overexpressing PLA2R1. Since, PLA2R1, JAK2, and STAT3 were strongly co-expressed in lung cells from patients with COPD patients, I also evaluated the effects of ruxolitinib on the survival of cultured cells from patients and controls. Ruxolitinib had only a modest effect on the senescence threshold but strongly inhibited the SASP. I then evaluated the pharmacological effect of XCT790, a potent inhibitor of nuclear estrogen-related receptor alpha (ERRα) previously identified by Dr. David Bernard's team as a downstream PLA2R1 effector. XCT790 treatment had similar effects to those of ruxolitinib, with a modest effect on the senescence threshold contrasting with strong SASP inhibition.Third, I evaluated lung-cell senescence and lung phenotype in transgenic mice overexpressing PLA2R1, developed by Dr. David Bernard's team. Preliminary results showed marked lung-cell senescence in young mice, with co-expression of PLA2R1, p16, and JAK2. Most importantly, these mice developed a pathological lung phenotype with emphysema and fibrosis sharing several features with COPD.In conclusion, my results suggest that the PLA2R1 / JAK / STAT pathway may hold therapeutic potential for patients with COPD.
Abstract FR:
L'accumulation de cellules sénescentes au niveau du poumon représente un processus pathologique majeur impliqué dans la physiopathologie de maladies telles que la bronchopneumopathie chronique obstructive ou BPCO. Les travaux de l’équipe ont montré une sénescence accrue des cellules pulmonaires dans la BPCO, bloquant leur capacité de réparation, et responsable d'une sécrétion aberrante de cytokines et d’autres facteurs toxiques pour leur environnement, définissant le ‘phénotype sécrétoire lié à la sénescence’ (SASP). Limiter le processus de sénescence cellulaire et le SASP représente ainsi un objectif thérapeutique majeur dans la BPCO. L'objectif de mon projet a consisté à évaluer le rôle de l'activation de la voie PLA2R1 (récepteur 1 de la phospholipase A2) dans la sénescence cellulaire pulmonaire associée à la BPCO et en définir les applications thérapeutiques. Ce projet a été mené en collaboration avec l’équipe de David Bernard (INSERM U1052, Lyon), qui a initialement identifié PLA2R1 comme un inducteur majeur de la sénescence. Plusieurs stratégies ont été évaluées. Nous avons tout d’abord montré que PLA2R1 était surexprimé dans les tissus pulmonaires de patients BPCO et témoins, particulièrement dans les cellules sénescentes marquées pour p16 en immunofluorescence. Cette surexpression de PLA2R1 est également retrouvée sur des cellules en culture, cellules musculaires lisses artérielles pulmonaires (CML-AP) et cellules endothéliales (CE) de patients BPCO comparées à des témoins et soumises à des passages répétés jusqu’à l'état sénescent (jugé sur le % de cellules positives au marquage beta-Galactosidase). Pour évaluer le rôle fonctionnel de PLA2R1, nous avons évalué les effets de son inactivation par ARN interférents (shPLA2R1 vectorisés par constructions rétrovirales comparés à shP53). L’inactivation de PLA2R1 recule le seuil de sénescence des CE et CML-AP en culture [doublements cellulaires (PDL), % de cellules beta-Gal positives], et inhibe fortement le SASP, très intense dans les cellules de patients BPCO. Nous avons ensuite évalué le lien entre PLA2R1 et la voie JAK1/2 STAT en ciblant JAK1/2 au plan pharmacologique. Ainsi, nous avons montré que la transduction du gène PLA2R1 par vectorisation rétrovirale s’accompagne d’une forte activation de la voie JAK2-STAT dans des CML-AP en culture, contemporaine de l’induction de la sénescence. L’inhibiteur mixte de JAK1/JAK2, le ruxolitinib inhibe en grande partie les effets pro-sénescents de PLA2R1 transduit. Par ailleurs, JAK2 et STAT3 sont très exprimés dans les cellules pulmonaires de patients BPCO également positives pour PLA2R1. J’ai donc évalué ensuite les effets du ruxolitinib sur la survie des cellules de patients BPCO et témoins. Nous avons obtenu un effet modéré du ruxolitinib sur le seuil de sénescence de cellules issues de patients BPCO mais un effet inhibiteur marqué sur le SASP. Suite aux travaux précédents de D Bernard impliquant le récepteur nucléaire Estrogen-related receptor alpha (ERRα) dans la signalisation sous-jacente à PLA2R1, j’ai ensuite évalué les effets pharmacologiques de l’inhibiteur d’ERRα, le XCT790, selon la même approche. Les effets, bien que moins probants que ceux du ruxolitinib, montrent une activité inhibitrice du XCT790 sur la sénescence cellulaire dans la BPCO et plus marquée sur le SASP. Dans une troisième approche menée par l’équipe, nous avons évalué la sénescence pulmonaire et le phénotype pulmonaire de souris sur-exprimant PLA2R1 de façon constitutive. Les premiers résultats montrent que ces souris développent une sénescence pulmonaire marquée, avec un comarquage PLA2R1, p16 et JAK2. Surtout, ces souris développent un phénotype pulmonaire pathologique avec des lésions d’emphysème et de fibrose, mimant en de nombreux points les caractéristiques de la BPCO. Ces résultats montrent que la voie PLA2R1/JAK/STAT pourrait représenter une cible pour de nouvelles stratégies thérapeutiques destinées aux patients souffrant de BPCO.