Role of the phospholipase A2 receptor 1 (PLA2R1) in lung cell senescence : therapeutic application in age-related lung diseases.
Rôle du récepteur 1 de la phospholipase A2 (PLA2R1) dans la sénescence cellulaire pulmonaire : application thérapeutique dans les maladies respiratoires liées à l’âge
Résumé
Cell senescence is a key process in age-associated dysfunction and diseases, notably chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and lung fibrosis. Senescent cells accumulation in the lung limits the tissue renewal potential and contributes to chronic inflammation through the senescence-associated secretory phenotype (SASP). Limiting cellular senescence and the SASP may represent a new therapeutic approach in age-related lung diseases. The goal of my thesis was to assess the role of PLA2R1 (phospholipase A2 receptor 1) on cellular senescence in the context of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). We found that PLA2R1 was overexpressed in various cell types exhibiting senescence characteristics in COPD lungs. PLA2R1 knockdown extended the population doubling capacity of these cells and inhibited the SASP. PLA2R1-mediated cell senescence in COPD was largely reversed by treatment with the potent JAK1/2 inhibitor ruxolitinib. In vivo, constitutive PLA2R1 overexpression in transgenic mice (PLA2R1-TG mice) led to early lung-cell senescence and to a combination of lung emphysema and lung fibrosis in 5-month-old mice. Lung overexpression of PLA2R1 induced by intratracheal injection of a lentivirus encoding the murine PLA2R1 gene lead to the development of lung emphysema within four weeks, which was markedly attenuated by concomitant ruxolitinib treatment.To question whether ruxolitinib could affect lung cell senescence, reduce the SASP, and protect against lung alterations independently of PLA2R1, we next evaluated the effect of the JAK/STAT inhibitor ruxolitinib in two mouse models of lung alterations: elastase-induced lung emphysema and bleomycin-induced lung fibrosis. Elastase injection in p16-luciferase mice induced a strong luminescent signal partially inhibited by ruxolitinib. In C57Bl6/J mice, elastase injection led to severe lung emphysema which was associated with increased in cellular senescence markers (p21 and p16) and the SASP. Preventive treatment with ruxolitinib reduced lung emphysema and cellular senescence markers together with a reduction of the SASP. In mice injected with bleomycin, lung fibrosis developed, together with an increase in lung cellular senescence markers. Preventive treatment with ruxolitinib partially prevented lung fibrosis and cellular senescence markers. These results emphasized the importance of the JAK/STAT pathway in controlling cellular senescence and the SASP in mouse models of lung emphysema and lung fibrosis. These data support a major role for PLA2R1 activation in driving lung-cell senescence and lung alterations in COPD. Inhibition of the JAK/STAT pathway may represent a new therapeutic strategy for limiting lung alterations and lung cell senescence in human lung diseases.
La sénescence cellulaire est un processus clé dans la physiopathologie des maladies liées à l'âge, en particulier les maladies pulmonaires telle la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) et la fibrose pulmonaire. L’accumulation de cellules sénescentes dans le poumon conduit à un défaut de régénération tissulaire associé à une inflammation par la production du SASP ou « sécrétome associé à la sénescence ». Limiter la sénescence cellulaire et le SASP représente un objectif thérapeutique majeur dans les maladies pulmonaires liées à l’âge. L'objectif de ma thèse était d’évaluer le rôle de l'activation de PLA2R1 (récepteur 1 de la phospholipase A2) dans la sénescence cellulaire pulmonaire associée à la BPCO et en définir les applications thérapeutiques. Nous avons montré que PLA2R1 est augmenté dans plusieurs types cellulaires ayant des caractéristiques de cellules sénescentes dans les poumons de patients BPCO. L’inactivation génétique de PLA2R1 par ARN interférents permet d’augmenter la capacité de doublement de population et d’inhiber les composants du SASP. La transduction du gène PLA2R1 induit une sénescence cellulaire précoce qui est inhibée en présence du ruxolitinib, inhibiteur sélectif de JAK1/2. Chez la souris, la surexpression constitutive de PLA2R1 (PLA2R1-TG) induit une sénescence cellulaire précoce et le développement d’emphysème et de fibrose pulmonaires à l’âge de 5 mois. L’emphysème et la fibrose pulmonaires sont réduits par l’administration de ruxolitinib. La surexpression pulmonaire de PLA2R1 induite par l’injection intratrachéale d’un lentivirus codant pour le gène PLA2R1 (LV-PLA2R1) conduit au développement d’un emphysème pulmonaire après quatre semaines, qui est fortement atténué par le traitement concomitant au ruxolitinib.Afin de comprendre l’effet du ruxolitinib sur la sénescence cellulaire et sur le SASP associés aux altérations pulmonaires indépendamment de PLA2R1, nous avons ensuite évalué l’effet de l’inhibition de la voie JAK/STAT par le ruxolitinib sur la sénescence cellulaire dans deux modèles d’altérations pulmonaires, l’emphysème induit par l’élastase et la fibrose pulmonaire induite par la bléomycine. L’élastase administrée aux souris exprimant la luciférase sous le contrôle du promoteur p16 (souris p16-luciferase) induit un fort signal luminescent partiellement inhibé par le ruxolitinib. Chez les souris C57Bl6/J, l’élastase induit une augmentation de la compliance et un emphysème pulmonaire associés à l’augmentation des marqueurs de sénescence cellulaire (p21 et p16) et du SASP. Le traitement préventif par le ruxolitinib permet de diminuer la compliance et l’emphysème ainsi que les marqueurs de sénescence cellulaire et le SASP. Dans le modèle murin de fibrose pulmonaire induit par la bléomycine, on mesure une diminution de la compliance et une augmentation des dépôts de collagène dans le poumon, associés à une augmentation des marqueurs de sénescence cellulaire. Le traitement préventif par le ruxolitinib permet d’augmenter la compliance et de réduire les dépôts de collagène ainsi que les marqueurs de sénescence cellulaire. Ces résultats soulignent l'importance de la voie JAK/STAT dans le contrôle de la sénescence cellulaire et du SASP dans les modèles murins d'emphysème pulmonaire et de fibrose pulmonaire.Ces résultats confirment le rôle majeur de l'activation de PLA2R1 dans la sénescence des cellules pulmonaires et les altérations pulmonaires dans la BPCO. L'inhibition de la voie JAK/STAT pourrait représenter une nouvelle stratégie thérapeutique pour limiter les altérations pulmonaires et la sénescence des cellules pulmonaires dans les maladies pulmonaires humaines.
Origine : Version validée par le jury (STAR)