Effets du stress oxydatif induit par les rayons UVA et endogène sur la cornée humaine : étude des délétions de l’ADN mitochondrial, des modifications dans la matrice extracellulaire cornéenne et de la dystrophie cornéenne endothéliale de Fuchs

Le stress oxydatif peut provenir de sources exogènes comme les UVA ou de sources endogènes comme la chaîne respiratoire (OXPHOS). L’oxydation des composants cellulaires a été associée avec la dégénération, des phénotypes de vieillissement et des pertes de fonctionnalités des tissus. Les UVA sont les plus efficaces des rayons UV à induire de l’oxydation, tel que démontré par la formation de dommages oxydatifs à l’ADN et par l’apparition de délétions mitochondriales qui en résultent. La délétion mitochondriale de 4977 pb (ADNmtCD4977), la plus commune, et celle de 3895 pb (ADNmt3895) sont deux délétions reliées au photovieillissement cutané et à l’exposition au stress oxydant. Le phénomène de vieillissement dans la peau est bien documenté et se traduit par une dégradation de la matrice extracellulaire, une perte d’élasticité et la formation de rides. Toutefois, peu d’études portent sur la cornée humaine alors qu’elle est un tissu exposé directement aux rayonnements UV au même titre que la peau. Nous avons donc tenté mieux comprendre l’effet de l’oxydation exogène et endogène sur cette structure. L’analyse de la localisation des délétions ADNmtCD4977 et ADNmtCD4977 dans l’oeil humain a permis de révéler qu’elles se concentrent principalement dans le stroma cornéen et s’accumule avec l’âge. Le stroma cornéen est la couche cellulaire qui confère la transparence et la rigidité à la cornée humaine. Ces résultats nous ont suggéré une implication des UVA dans le photovieillissement de la cornée. Nous avons donc entrepris de vérifier les changements liés à l’exposition aux UVA dans le stroma cornéen puisque les UVA sont connus pour causer des altérations à la matrice extracellulaire (ECM) au niveau cutané. Nous avons donc créé un modèle de photovieillisement par une exposition chronique aux UVA sur des kératocytes avec lesquels nous avons fait sécréter une ECM. Nos résultats nous ont démontré qu’une exposition chronique aux UVA cause des altérations à l’ECM cornéen semblable à des phénotypes de photvieillissement. En effet, nous avons dénoté des changements transcriptomiques et protéomiques pour certains collagènes et protéoglycans. Une atteinte aux collagènes par le vieillissement cornéen se traduit entre autres par une rigidification, une opacification et un changement dans son pouvoir réfractif qui mène à une perte de la vision. Par ailleurs, notre avons également investigué l’implication du stress oxydatif dans la dystrophie cornéenne endothéliale de Fuchs (FECD), une maladie dégénérative de l’endothélium cornéen, qui mène à une perte de vision et est une cause principale de greffe cornéenne. L’étiologie de la maladie est encore inconnue, mais le stress oxydatif est soupçonné de jouer un rôle important dans la pathogenèse. Nos résultats ont amené de nouvelles évidences de l’implication de l’oxydation dans la maladie par l’augmentation de la quantité d’ADN mitochondrial et un raccourcissement des télomères dans des explants de cornées pathologiques. Nos résultats nous ont également démontré que la mise en culture de cellules FECD permettait la sélection de cellules fonctionnelles et comparables à des cellules saines en termes de quantité d’ADN mitochondrial et de son intégrité, de sensibilité à l’oxydation et de longueur télomérique. Les résultats obtenus soutiennent ainsi la possibilité d’employer les cellules FECD fonctionnelles sélectionnées pour utilisation en génie tissulaire afin de créer des cornées autologues pour pallier aux manques de greffes cornéennes. Enfin, nos résultats apportent de nouvelles évidences quant à l’implication du stress oxydatif dans le photovieillissement cornéen et dans l’étiologie de la FECD.

Biological ageing and colorectal cancer: fetuin A, sirtuins and telomeres at the interface between inflammation, metabolism and cancer

Colorectal cancer is a common, age-associated disease with significant comorbidity and mortality. Biomarkers of ageing may have prognostic or predictive value in colorectal cancer. Fetuin A, members of the sirtuin family of proteins and telomeres have shown promise as potential biomarkers of ageing. AIM: To evaluate these potential biomarkers in the context of colorectal cancer. METHODS: Two cohorts of patients were used. Telomere length was measured in peripheral blood leukocytes (PBL), and for a subset of patients, in normal colorectal and colorectal tumour tissue. Serum fetuin A was measured for these patients and data on clinico-pathological factors of accepted significance in colorectal cancer was collected prospectively. Telomere length in the matched samples of leukocytes, normal colorectal and colorectal tumour tissue was compared. Associations between telomere length in the different tissues, serum fetuin A and clinico-pathological factors of accepted significance in colorectal cancer were evaluated. A systematic review of the literature was performed to examine the evidence for correlation between telomere length in different tissues in humans. Tissue from colorectal tumours from the second cohort patients was mounted in a tissue microarray (TMA) and stained for sirtuin proteins (SIRT2-SIRT7). This TMA also contained tissue from a subset of matched samples of adjacent normal colorectal mucosa. Staining of normal colorectal and colorectal tumour tissue was evaluated by the weighted Histoscore method and compared. The effect of staining in tumour tissue on cancer-specific survival was examined. Associations between Histoscores and clinico-pathological factors of accepted significance in colorectal cancer were assessed. RESULTS: Systematic review of the literature did not show robust evidence of correlation between telomere length in different tissues in humans. Telomere length in peripheral blood leukocytes did not show correlation with telomere length in normal colorectal mucosa, or in colorectal tumour tissue. PBL telomere length was potentially related to the presence of distant metastases. Fetuin A was inversely associated with markers of systemic inflammation and with T stage. Novel nuclear localisation was described for SIRT4 and SIRT5. Protein expression of the sirtuins was reduced in tumour tissue in comparison to normal colorectal mucosa, apart from SIRT3 cytoplasmic and nuclear and SIRT6 nuclear stainng. Lowest and highest quartile SIRT2 expression was associated with worse survival. Sirtuin protein expression levels and localisation correlate with increased systemic inflammation and pathological markers of poor prognosis in tumour tissue. Intercorrelations between sirtuin expression levels in normal tissue are not seen in tumour tissue, possibly indicating a breakdown of signalling and control.

Telomeres in aging and disease: lessons from zebrafish

Age is the highest risk factor for some of the most prevalent human diseases, including cancer. Telomere shortening is thought to play a central role in the aging process in humans. The link between telomeres and aging is highlighted by the fact that genetic diseases causing telomerase deficiency are associated with premature aging and increased risk of cancer. For the last two decades, this link has been mostly investigated using mice that have long telomeres. However, zebrafish has recently emerged as a powerful and complementary model system to study telomere biology. Zebrafish possess human-like short telomeres that progressively decline with age, reaching lengths in old age that are observed when telomerase is mutated. The extensive characterization of its well-conserved molecular and cellular physiology makes this vertebrate an excellent model to unravel the underlying relationship between telomere shortening, tissue regeneration, aging and disease. In this Review, we explore the advantages of using zebrafish in telomere research and discuss the primary discoveries made in this model that have contributed to expanding our knowledge of how telomere attrition contributes to cellular senescence, organ dysfunction and disease.

Étude de la réparation des lésions induites par les UVs dans les extrémités chromosomiques de la levure Saccharomyces cerevisiae

Résumé : Les télomères sont des structures nucléoprotéiques spécialisées qui assurent la stabilité du génome en protégeant les extrémités chromosomiques. Afin d’empêcher des activités indésirables, la réparation des dommages à l’ADN doit être convenablement régulée au niveau des télomères. Pourtant, il existe peu d’études de la réparation des dommages induits par les ultraviolets (UVs) dans un contexte télomérique. Le mécanisme de réparation par excision de nucléotides (NER pour « Nucleotide Excision Repair ») permet d’éliminer les photoproduits. La NER est un mécanisme très bien conservé de la levure à l’humain. Elle est divisée en deux sous voies : une réparation globale du génome (GG-NER) et une réparation couplée à la transcription (TC-NER) plus rapide et plus efficace. Dans notre modèle d’étude, la levure Saccharomyces cerevisiae, une forme compactée de la chromatine nommée plus fréquemment « hétérochromatine » a été décrite. Cette structure particulière est présente entre autres, au niveau des régions sous-télomériques des extrémités chromosomiques. La formation de cette chromatine particulière implique quatre protéines nommées Sir (« Silent Information Regulator »). Elle présente différentes marques épigénétiques dont l’effet est de réprimer la transcription. L’accès aux dommages par la machinerie de réparation est-il limité par cette chromatine compacte ? Nous avons donc étudié la réparation des lésions induites par les UVs dans différentes régions associées aux télomères, en absence ou en présence de protéines Sir. Nos données ont démontré une modulation de la NER par la chromatine, dépendante des nucléosomes stabilisés par les Sir, dans les régions sous-télomériques. La NER était moins efficace dans les extrémités chromosomiques que dans les régions plus proches du centromère. Cet effet était dépendant du complexe YKu de la coiffe télomérique, mais pas dépendant des protéines Sir. La transcription télomériques pourrait aider la réparation des photoproduits, par l’intermédiaire de la sous-voie de TC-NER, prévenant ainsi la formation de mutations dans les extrémités chromosomiques. Des ARN non codants nommés TERRA sont produits mais leur rôle n’est pas encore clair. Par nos analyses, nous avons confirmé que la transcription des TERRA faciliterait la NER dans les différentes régions sous-télomériques.

Criblage génétique à la recherche de nouveaux gènes essentiels influençant l’homéostasie des télomères chez Saccharomyces cerevisiae : Un défi de tailles.

Résumé : Chez la levure Saccharomyces cerevisiae, la régulation de la longueur des télomères témoigne de la compensation entre mécanismes d'érosion (exonucléases, réplication semi-conservative et résection), facteurs d’élongation (la télomérase, transcriptase inverse à l'action retrouvée dans 90% des cancers humains) et actions de diverses protéines de régulation télomérique spécifiques, conférant aux télomères leur caractère de « capuchon » protégeant les extrémités des chromosomes eucaryotes. Afin de savoir si les gènes impossibles à déléter, car essentiels à la survie cellulaire, jouent aussi un rôle sur l’homéostasie télomérique, j'ai réalisé un criblage génétique utilisant des mutants tet-off de la levure pour lesquels la sous-expression considérable d'un gène essentiel a été induite de façon conditionnelle. Ceci permet d’étudier les effets qui en résultent sur l’homéostasie des télomères. Au total, mon travail a traité plus de 662 gènes essentiels pour lesquels j'ai analysé le phénotype de longueur des télomères de manière qualitative par comparaison des télomères de souches mutées par rapport à ceux de souches de type sauvage. Puis, grâce à l’amélioration technique que j'ai mise au point, la quantification de la taille des répétitions télomériques de 300 de ces souches a déjà pu être précisément analysée. Il est notable que tous les gènes essentiels étudiés ici ont des effets très différents qui résultent en des chromosomes possédant des télomères de longueur très inégale. Pour près de 40% des mutants analysés, les tailles de télomères sont apparues critiquement différentes de celles normalement présentées par la levure, beaucoup de ces gènes essentiels étant impliqués dans des mécanismes affectant le cycle cellulaire, la réparation, etc. La majorité des gènes criblés apporte un important complément d’information dans une littérature presque inexistante sur les effets de gènes essentiels de la levure au niveau de la biologie des télomères. C’est le cas des mutations de YHR122W (montrant des télomères long) et YOR262W (télomères courts), deux gènes qui sont apparus d'après mes résultats nécessaires au maintien de l'homéostasie télomérique (prenant place dans un grand ensemble de gènes que j’ai dénommé gènes ETL pour Essential for Telomere Length Maintenance).

LAP1 interactome and its functional features throughout spermatogenesis

The lamina-associated polypeptide 1 (LAP1) is a type II transmembrane protein of the inner nuclear membrane encoded by the human gene TOR1AIP1. LAP1 is involved in maintaining the nuclear envelope structure and appears be involved in the positioning of lamins and chromatin. In the nuclear envelope, LAP1 is suggested to exist as a complex with A-type and B-type lamins, torsins and emerin. The presence of such complexes suggests that LAP1 may cooperate functionally with these proteins in tissues where they play a critical role. Therefore, the identification of LAP1 binding partners and the signalling pathways where LAP1 participates, is crucial for a better understanding of LAP1 functions. The work described in this thesis addresses novel human LAP1 associated proteins found through bioinformatic tools. Public databases allowed for the discovery of the LAP1 interactome, which was manually curated, identifying several functionally relevant proteins. Subsequently, the integration of multiple bioinformatic tools established novel functions to LAP1 such as DNA damage response and telomere association. In conjunction, bioinformatic results also reinforced the association of LAP1 with mitosis, and the already identified role of LAP1 in nuclear morphology. Interestingly, this association of LAP1 with the regulation of the nuclear envelope structure and mitosis progression, shares functional elements with spermatogenesis. Therefore, this work additionally described the localization of LAP1 and some of its interactors throughout the spermatogenic cycle, in mouse and human testis. The results established that the activity of LAP1 during the mouse spermatogenic cycle is most evident from stage VIII until the end of spermiogenesis, which is characteristic of manchette development. Concomitantly, some LAP1 interactors studied in this work share a similar localization, namely, PP1γ2, Lamin B1 and Lamin A/C. The results obtained from the study of LAP1 throughout different periods of the male reproductive system attributed potential new biological functions to LAP1. Thereby, this work can be the foundation of future studies regarding LAP1 and the regulation of multiple cellular processes and disease conditions.