Soutenance publique de thèse de doctorat en Sciences biologiques - Joëlle GIROUD

Impact of the UPR pathway on the establishment of the senescent phenotype induced by UVB

Jury

• Prof. Yves POUMAY (Département de Médecine, UNamur), président
• Prof. Florence CHAINIAUX (Département de Biologie, UNamur), promotrice et secrétaire
• Prof. Olivier PLUQUET (Canther, Université de Lille), co-promoteur
  
• Prof. Isabelle PETROPULOS (Adaptation Biologique et Vieillissement, Sorbonne Université)
• Prof. Jérôme LAMARTINE (Laboratoire de Biologie Tissulaire et d’Ingénierie thérapeutique, Université Claude Bernard Lyon 1)
  
• Prof. Fabienne FOUFELLE (Maladies métaboliques, diabète et comorbidités, Sorbonne Université)

 

Résumé: Impact de la voie UPR sur l’établissement du phénotype sénescent induit par les UVB

Le vieillissement cutané, influencé par une combinaison de facteurs intrinsèques et extrinsèques, entraine des dommages capables d'altérer les fonctions cutanées. Parmi les facteurs extrinsèques, les rayonnements ultraviolets (UV) sont responsables du photo-vieillissement de la peau. Ces éléments conduisent notamment à une accumulation de cellules sénescentes capables de contribuer au développement de pathologies liées à l’âge, telles que les cancers cutanés. En effet, la sénescence s’accompagne de profonds changements morphologiques et moléculaires au sein de la cellule. Cela inclut notamment une modification de son sécrétome, qui s'enrichit en cytokines pro-inflammatoires, en facteurs de croissance et en enzymes remodelant la matrice extracellulaire, altérants les caractéristiques des tissus lors du vieillissement. Néanmoins, les mécanismes précis qui aboutissent au phénotype sénescent induit par les UVB restent largement inconnus.            
Dans ce contexte, l’objectif principal de ce travail a été d'identifier des mécanismes moléculaires sous-jacents à l’établissement de la sénescence induite par les UVB dans des fibroblastes de derme humains normaux (NHDFs), mécanismes qui pourraient contribuer au vieillissement cutané.  
In vitro, nous avons confirmé que des expositions répétées aux UVB induisent la sénescence prématurée des NHDFs et que cet état est associé à l’activation des trois branches de la voie UPR (Unfolded Protein Response) responsables du maintien de l’homéostasie du réticulum endoplasmique (RE), le premier compartiment de sécrétion. Ces observations ont été supportées par une analyse transcriptomique, révélant des éléments de régulation liés aux grandes voies de sénescence et aux fonctions du RE dans les NHDFs exposés aux UVB.    Par la suite, nous avons montré que la branche ATF6α joue un rôle central dans la survenue des biomarqueurs du phénotype sénescent induit par les UVB. En effet, l’invalidation d’ATF6α protège non seulement des changements morphologiques induits par les UVB, mais réduit le pourcentage de cellules positives pour la SA-βgalactosidase (SA-βgal), prévient la persistance des dommages à l'ADN, et modifie l'expression de facteurs majeurs du phénotype sécrétoire associé à la sénescence (SASP).    
Le SASP exerçant entre autres une action pro-tumorale, nous avons cherché à évaluer si le milieu conditionné (MC) des fibroblastes exposés aux UVB et invalidé pour ATF6α pouvait impacter le potentiel de migration et d'invasion de cellules issues de mélanomes. Cependant, nous n'avons pas observé d’effets pro-migratoires ou pro-invasifs dépendants d’ATF6α.
Afin de mettre en évidence un potentiel rôle d’ATF6α dans un autre processus biologique, nous avons exploité nos analyses transcriptomiques et sécrétomiques et avons identifié un possible effet d’ATF6α sur le contrôle paracrine de l’environnement cutané. Pour explorer cela, nous nous sommes concentrés sur les facteurs du SASP (cytokines et métalloprotéases) régulés par ATF6α et dont l’impact sur l’environnement tissulaire était connu. Ensuite, nous avons traité un modèle d'épiderme humain reconstruit (RHE) avec du MC issu de NHDFs exposés aux UVB ou non, et invalidés ou non pour ATF6α. Etonnement, nous avons observés que le MC des NHDFs exposés aux UVB augmente l’épaisseur du RHE ainsi que la prolifération des kératinocytes basaux, via un mécanisme dépendant d’ATF6α. Enfin, nous avons identifié l'IL8 comme un facteur paracrine majeur impliqué dans ce processus, puisque le blocage d’IL-8 par des anticorps neutralisants prévient la prolifération excessive des kératinocytes.            
En conclusion, nous rapportons le rôle d’ATF6α dans la sénescence induite par les UVB ainsi que son impact sur la préservation de l'homéostasie cutanée en condition de stress notamment par la régulation de l’expression des composants du SASP. Cela suggère qu'ATF6α et ses effecteurs pourrait être des cibles prometteuses contrôlant les effets du vieillissement cutané.

Abstract: Impact of the UPR pathway on the establishment of the senescent phenotype induced by UVB

Skin aging, influenced by a combination of intrinsic and extrinsic factors, can result in damage that has the potential to alter skin functions. Among extrinsic factors, ultraviolet (UV) radiation is responsible for skin photoaging. These factors notably contribute to the accumulation of senescent cells which in turn can contribute to the development of age-related pathologies, including skin cancers. Indeed, senescence is characterized by profound morphological and molecular changes within the cell. This includes a modification of its secretome, which becomes enriched in pro-inflammatory cytokines, growth factors, and matrix-remodeling enzymes, altering tissue characteristics during aging. However, the exact mechanisms driving the senescent phenotype induced by UVB remain largely unknown.          
In this context, the main objective of this work was to identify the underlying molecular mechanisms responsible for the establishment of UVB-induced senescence in normal human dermal fibroblasts (NHDFs), mechanisms that may play a role in skin aging.   
In vitro, we confirmed that repeated exposures to UVB induce premature senescence of NHDFs and that this state is associated with the activation of the three branches of the Unfolded Protein Response (UPR), which are responsible for maintaining endoplasmic reticulum (ER) homeostasis, the primary cellular secretion compartment. These observations were supported by transcriptomic analysis, revealing regulatory elements related to major senescence pathways and ER functions in UVB-exposed NHDFs. Subsequently, we demonstrated that the ATF6α branch plays a central role in the development of the UVB-induced senescent phenotype. Indeed, the silencing of ATF6α not only protects against morphological changes induced by UVB, but also reduces the percentage of senescence-associated β-galactosidase (SA-βgal) positive cells, prevents the persistence of DNA damage, and alters the expression of major factors associated with the senescence-associated secretory phenotype (SASP).
The SASP, exerting a pro-tumoral action, led us to assess whether the conditioned medium (CM) from UVB-exposed fibroblasts invalidated for ATF6α could impact the migration and invasion potential of melanoma cells. However, we did not observe any ATF6α-dependent pro-migratory or pro-invasive effects.  
To highlight a potential role of ATF6α in another biological process, we further analyzed our transcriptomic and secretomic analyses and identified a possible effect of ATF6α on the paracrine control of the skin environment. To explore this, we focused on SASP factors (cytokines and metalloproteinases) regulated by ATF6α and whose impact on tissue environment was known. Subsequently, we treated a reconstructed human epidermis (RHE) model with CM from NHDFs exposed or not to UVB and invalidated or not for ATF6α. Surprisingly, we observed that the CM from UVB-exposed NHDFs increased the thickness of the RHE as well as the proliferation of basal keratinocytes, via an ATF6α-dependent mechanism. Finally, we identified IL8 as a major paracrine factor involved in this process, as blocking IL-8 with neutralizing antibodies prevented excessive proliferation of keratinocytes.  In conclusion, we report the role of ATF6α in UVB-induced senescence and its impact on the preservation of skin homeostasis under stress conditions, particularly through the regulation of the expression of SASP components. This suggests that ATF6α and its effectors could be promising targets for controlling the effects of skin aging.

 

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