Sénescence cellulaire radio-induite : application à l’irradiation pulmonaire en conditions stéréotaxiques

Radiation-induced cellular senescence : application to stereotactic pulmonary irradiation

• Auteur / Autrice : Frédéric Soysouvanh
• Direction : Fabien Milliat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Radiobiologie
• Date : Soutenance le 24/01/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physiologie, physiopathologie et thérapeutique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) (Fontenay-aux-Roses ; 2002-....) - Laboratoire de radiobiologie des expositions médicales (IRSN) (Fontenay-aux-Roses ; 2017-....)
• Jury : Président / Présidente : Bertrand Friguet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacques Balosso, Nazanine Modjtahedi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Bernard, François Paris

Mots clés

Mots clés contrôlés

Souris de laboratoire

Stéréotaxie

Cancer -- Radiothérapie

Poumon -- Cancer

Cellules

Mots clés libres

Radiothérapie stéréotaxique

Poumon

Sénescence

Endothélium vasculaire

Stereotactic radiation therapy

Lung

Senescence

Vascular endothelium

Résumé

La radiothérapie constitue l’une des principales modalités de traitement des cancers, mais elle est associée à des atteintes radio-induites aux tissus sains. Les cellules endothéliales (CE) du système vasculaire sont connues pour participer à l’évolution de ces lésions. La sénescence cellulaire est un puissant mécanisme suppresseur de tumeurs mais sa persistance est délétère pour l’homéostasie tissulaire. La présence de cellules sénescentes dans les lésions radio-induites est déjà démontrée mais leur rôle reste encore à élucider. Nous avons cherché à identifier et à comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la sénescence radio-induite (SRI) ainsi que son rôle dans le développement des lésions après irradiation pulmonaire en conditions stéréotaxiques. In vivo, à l’aide de souris exprimant le gène de la luciférase, placé sous le contrôle de p16, acteur majeur de la sénescence, nous avons détecté des cellules sénescentes au sein de la lésion radio-induite. Nous avons observé par imagerie bioluminescente l’activation de p16 dans le champ d’irradiation et sa persistance jusqu’à 21 mois après irradiation. L’analyse des poumons a révélé une forte hétérogénéité des populations de cellules sénescentes, notamment des pneumocytes, des macrophages et des CE. L’analyse transcriptionnelle de 44 gènes liés à la sénescence, sur 6 types de CE, a montré que les CE de veine ombilicale (HUVEC) sont les plus pertinentes pour étudier la SRI. Le profil moléculaire dynamique des HUVEC a été analysé après 9 doses d’irradiation à différents pas de temps. Une analyse mathématique et bio-informatique approfondie a identifié la voie de l’IL-1 comme acteur clef impactant la sénescence.

Radiotherapy is the main modality in cancer treatment but is associated with radiation damages on healthy tissues. Endothelial cells (ECs) play a key role in the evolution of radiation-induced normal tissue injuries. Cellular senescence is a powerful tumor suppressor mechanism but, long-term senescence is deleterious for tissue homeostasis. The presence of senescent cells within the radiation-induced lesions has been shown but their role is not well understood. We aimed to identify and understand the molecular mechanisms involved in radiation-induced senescence (RIS) and its role in radiation-induced lung injuries after stereotactic irradiation. In vivo, using luciferase knock-in mice (p16Ink4-LUC) to detect activation of a senescence player, we explored the presence of senescent cells in radiation-induced pulmonary injury. After high-dose lung irradiation of p16Ink4-LUC mice and using bioluminescence imaging we showed the overexpression of p16 in the irradiation field and its persistence up to 21 months after radiation exposure. Immunostainings revealed a panel of heterogeneous senescent cells including pneumocytes, macrophages and ECs. mRNA expression of 44 genes involved in senescence in 6 human primary irradiated ECs revealed that Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVECs) are the most relevant in term of gene expression. The dynamic molecular profile associated to RIS in HUVECs was analyzed after 9 doses and 7 time points. Using a deep mathematical/bioinformatics analysis, we deciphered the dynamical transcriptional program involved in RIS and we identified IL1-signaling pathway as a key molecular hub which could modulate the senescence phenotype.