Un biomarqueur non invasif peut suivre et vérifier l’efficacité des médicaments sénolytiques

Sénescence cellulaire est un processus cellulaire complexe qui implique l’arrêt irréversible du cycle cellulaire; en d’autres termes, les cellules cessent définitivement de se diviser. Les cellules sénescentes ne sont pas «mortes»; leur sécrétome complexe – le phénotype sécrétoire associé à la sénescence, ou SASP – est impliqué dans des processus biologiques tels que l’inflammation et les réponses immunitaires. De plus en plus de recherches démontrent que la physiopathologie de nombreuses maladies liées à l’âge est liée à la sénescence cellulaire. Par conséquent, un volume croissant de travaux vise à développer des médicaments sénolytiques, ces agents pharmacologiques sont capables d’éliminer sélectivement les cellules sénescentes.

L’absence de biomarqueur pour mesurer et suivre l’efficacité des médicaments sénolytiques s’est avérée jusqu’à présent un obstacle pour le domaine de la recherche, déclare le professeur Judith Campisi. Le laboratoire Campisi du Buck Institute for Research on Aging étudie la régulation et les caractéristiques des états cellulaires, avec un accent particulier sur la sénescence cellulaire.

Dans une nouvelle étude publiée dans Métabolisme cellulaire, Campisi et ses collègues partagent leur découverte d’un nouveau test de biomarqueurs non invasif qui peut être utilisé pour mesurer et suivre les performances des médicaments sénolytiques. Le biomarqueur, un métabolite lipidique de signalisation unique, est libéré lorsque les cellules sénescentes sont forcées de mourir. Par conséquent, il peut être collecté et testé via des mécanismes non invasifs tels que la collecte d’urine ou le prélèvement de sang.

Réseaux technologiques a interviewé Campisi et Christopher Wiley, scientifique principal sur ce projet et chercheur au Centre de recherche en nutrition humaine Jean Mayer USDA sur le vieillissement, pour en savoir plus sur cette recherche et son importance clinique.

Molly Campbell (MC): Pourquoi est-il important de pouvoir mesurer et suivre les performances des médicaments sénolytiques?

Judith Campisi (JC): La plupart des médicaments sénolytiques sont d’abord testés chez la souris. Les humains vivent 30 à 35 fois plus longtemps que les souris (environ trois ans contre 100 ans). Ainsi, si un sénolytique prend plusieurs semaines ou plusieurs mois pour améliorer une pathologie chez la souris, cela pourrait prendre plusieurs années pour améliorer cette pathologie chez l’homme. Mais comment savoir si le médicament a même tué les cellules sénescentes chez les humains vivants? Un biomarqueur facilement détectable dans le plasma ou l’urine permettrait d’évaluer rapidement si un sénolytique était même actif chez l’homme.

Christopher Wiley (CW): Compte tenu du nombre de maladies que les médicaments sénolytiques pourraient cibler et du nombre croissant de médicaments sénolytiques, nous avons vraiment besoin d’une bougie standard non invasive pour la sénolyse – quelque chose que les gens peuvent regarder et convenir que la sénolyse se produit chez les humains. Bien que nous n’en soyons pas encore là (nous n’avons pas testé chez l’homme), nos résultats sont prometteurs.

MC: Il existe un nombre croissant de maladies liées à l’âge qui sont liées à la sénescence cellulaire. Pouvez-vous donner des exemples de ces maladies?

JC: La liste est longue! Il comprend la maladie d’Alzheimer et d’autres formes de déclin cognitif, plusieurs aspects des maladies cardiovasculaires, les métastases cancéreuses, les cataractes, les complications diabétiques, la fibrose pulmonaire, l’arthrose, l’ostéoporose, plusieurs effets secondaires de certains médicaments utilisés pour traiter le cancer et le VIH-SIDA, la sarcopénie – et d’autres.

CW: Ajoutez à cela la maladie de Parkinson, certaines formes de diabète et de résistance à l’insuline, la stéatose hépatique, la perte de cheveux, la dégénérescence du disque intervertébral et la rétinopathie. La liste a commencé à s’allonger si rapidement qu’il devient difficile de suivre le rythme rapide des nouvelles maladies dont on pense qu’elles sont dues à la sénescence.

MC: Quelles méthodes clés avez-vous adoptées dans cette étude qui ont permis la découverte du biomarqueur?

JC: Nos méthodes incluent des cellules humaines en culture, des modèles de souris transgéniques, le séquençage du transcriptome entier et la spectrométrie de masse.

CW: Nous avons utilisé une plate-forme de spectrométrie de masse pour mesurer les lipides dans les cellules sénescentes. Nous avons initialement détecté un certain nombre de prostaglandines, nous avons donc élargi notre recherche à toutes les prostaglandines et prostaglandines putatives connues. Le dihomo-15d-PGJ2 était un lipide hypothétique à l’époque – et n’a depuis été signalé que dans le cadre d’une liste de lipides dans un manuscrit supplémentaire, sans validation. Nous l’avons donc validé à l’aide d’un standard dihomo-15d-PGJ2 synthétisé.

On pense que la plupart des prostaglandines sont des facteurs sécrétés, mais nous n’avons détecté que le dihomo-15d-PGJ2 à l’intérieur des cellules sénescentes, mais pas dans les milieux de culture. C’était l’observation clé qui nous a suggéré qu’il pourrait être utile comme biomarqueur de la sénolyse. Puisque le dihomo-15d-PGJ2 est petit (environ 344 Da), nous avons émis l’hypothèse qu’il serait susceptible de s’échapper des cellules sénescentes à leur mort. Nous avons testé cela en donnant aux cellules témoins et sénescentes une dose très élevée d’un sénolytique – suffisamment élevée pour qu’elle tue également les cellules témoins. Seules les cellules sénescentes plus le sénolytique ont entraîné la libération de dihomo-15d-PGJ2. Surtout, nous avons reproduit cela dans un modèle murin de sénescence induite par la chimiothérapie, montrant que le biomarqueur est spécifique de la sénolyse chez les mammifères.

Il existe également un ELISA disponible dans le commerce pour 15d-PGJ2, mais nous avons constaté qu’il ne fait pas la distinction entre 15d-PGJ2 (une prostaglandine apparentée avec 2 carbones de moins qui est mieux étudiée) et dihomo-15d-PGJ2. Pourtant, cela a très bien fonctionné pour la détection de la sénolyse dans nos modèles et pourrait théoriquement être utilisé à la place de la spectrométrie de masse pour un test plus rapide en clinique.

Laura Lansdowne (LL): Pouvez-vous nous parler du biomarqueur dihomo-15d-PGJ2? Comment avez-vous démontré qu’il est unique aux cellules sénescentes?

CW: Dihomo-15d-PGJ2 s’accumule à l’intérieur des cellules sénescentes à des niveaux micromolaires – ce qui est extrêmement abondant pour une oxylipine. Il n’a pratiquement pas été étudié et était essentiellement un métabolite hypothétique jusqu’à ce que nous le détections à l’intérieur de cellules sénescentes. Bien qu’il puisse se produire dans d’autres contextes biologiques, il était si abondant dans les cellules sénescentes que nous avons émis l’hypothèse qu’il serait sélectif pour la sénolyse, lorsqu’un bolus de lipide serait libéré lorsque les cellules sénescentes meurent.

Une fois que nous avons eu un standard dihomo-15d-PGJ2, nous avons testé plusieurs types de cellules, y compris des cellules immunitaires et des plaquettes activées. Les macrophages avaient de faibles niveaux de lipide, mais ils n’ont pas augmenté pendant la polarisation / activation M1 ou M2 et n’ont jamais atteint les niveaux observés à l’intérieur des cellules sénescentes. Chez la souris, nous n’avons observé le dihomo-15d-PGJ2 que lorsque des souris avec un grand nombre de cellules sénescentes (nous l’avons montré pour le médicament chimiothérapeutique doxorubicine dans l’article) ont reçu un sénolytique.

Plus important encore, le dihomo-15d-PGJ2 n’était détectable dans aucune condition que nous avons étudiée (par exemple chimiothérapie, vieillissement, thérapie antirétrovirale) sauf si nous avons traité avec un sénolytique. Bien que nous utilisions exclusivement ABT-263 dans le manuscrit, nous avons depuis validé en utilisant des modèles transgéniques de sénolyse et des sénolytiques non publiés découverts à Buck – et nous ne détectons que le dihomo-15d-PGJ2 pendant la sénolyse.

LL: Pourquoi les composants lipidiques du SASP ont-ils été largement sous-étudiés?

JC: D’énormes progrès ont été réalisés dans la caractérisation des transcriptomes et des protéomes des cellules. Tant d’études récentes se sont concentrées sur ces composants cellulaires. Cependant, il y a maintenant un intérêt croissant pour les métabolites cellulaires, y compris les lipides.

CW: Le laboratoire de Campisi a initialement caractérisé le SASP à l’aide de biomarqueurs protéiques, et les lipides en général ont tendance à être sous-étudiés. Cela est probablement dû en partie au moins d’outils dans l’espace, et les outils disponibles comme la spectrométrie de masse ont tendance à être plus chers. En comparaison, la transcriptomique est assez standard et relativement bon marché – et de nombreux ARN codent pour des protéines. La plupart des anticorps sont dirigés contre des protéines, de sorte que les outils pour étudier les protéines sont plus accessibles.

En comparaison, les ARN ne codent pas pour les lipides et très peu de lipides peuvent être dosés par des anticorps – vous devez donc vraiment utiliser des outils comme la spectrométrie de masse, qui sont plus chers et nécessitent une expertise supplémentaire pour les étudier. Le développement de nouvelles technologies, telles que la métabolomique et la lipidomique, est en train de changer cela, donc je pense que nous verrons des découvertes similaires à l’avenir.

MC: Pourquoi un biomarqueur qui peut être mesuré via des tests non invasifs est-il avantageux?

JC: Si vous ou votre médecin vouliez savoir si un médicament ou une intervention fonctionnait, préférez-vous uriner dans une tasse ou avoir un corps étranger inséré dans votre corps?

CW: Avec les sénolytiques dans les essais cliniques pour un grand nombre d’affections, ces essais doivent établir deux facteurs clés:

1. Que les médicaments sont efficaces pour traiter la maladie.

2. Cette sénolyse se produit.

Actuellement, la seule façon d’établir que la sénolyse se produit est d’extraire le tissu avant et après le traitement et de tester le tissu pour les marqueurs de la sénescence. Par exemple, des biopsies de graisse et de peau ont été effectuées avant et après le traitement sénolytique dans l’un des premiers essais établissant qu’un sénolytique fonctionne chez l’homme. Ce biomarqueur nous a permis de détecter la sénolyse dans le sang et l’urine des souris traitées par sénolyse au fur et à mesure qu’elle se produisait. Donc, si vous souhaitez détecter la sénolyse sans effectuer de biopsies, c’est la voie à suivre.

LL: Quelles sont vos prochaines étapes dans cet espace et quel impact clinique pensez-vous que ce travail pourrait avoir?

JC: Nous nous concentrons maintenant sur une meilleure compréhension de ce que font ces lipides associés à la sénescence, à la fois à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule sénescente. Nous espérons déterminer si et comment les lipides associés à la sénescence interagissent avec – ou affectent la fonction – d’autres composants cellulaires (par exemple, protéines, petits métabolites).

CW: Tout d’abord, après avoir trouvé ce marqueur, nous sommes retournés et avons examiné notre profil lipidomique non ciblé, et il y avait 4-5 autres lipides candidats qui pourraient également être utiles comme biomarqueurs. Nous examinons le dihomo-15d-PGJ2 comme preuve de principe pour découvrir d’autres biomarqueurs.

Ensuite, nous voulons valider nos biomarqueurs chez les humains et les primates non humains. Il s’agit de l’étape la plus importante vers un test de diagnostic couramment utilisé pour la sénolyse chez les patients.

Pour l’impact clinique, nous envisageons deux utilisations majeures de ce biomarqueur:

1. Montrer que le médicament fonctionne lorsque des personnes sont traitées par sénolytique pour des maladies provoquées par la sénescence.

2. Comme test compagnon pour les essais cliniques utilisant de nouveaux sénolytiques. Notre espoir est que nous serons en mesure de faire de la détection dihomo-15d-PGJ2 la norme pour les tests sénolytiques afin d’éviter ces biopsies et échantillons de tissus invasifs, et d’utiliser à la place des fluides biologiques. Nous avons montré du sang et de l’urine dans l’article, mais on pourrait imaginer des larmes, du liquide céphalo-rachidien, du liquide interstitiel, etc. comme potentiellement dosables.

Par exemple, si vous souhaitez traiter la maladie d’Alzheimer avec des sénolytiques, vous n’allez pas faire une biopsie du cerveau d’une personne pour tester l’élimination des cellules sénescentes, mais vous pouvez effectuer une ponction lombaire et un dosage du dihomo-15d-PGJ2.

Judith Campisi et Christopher Wiley se sont entretenus avec Molly Campbell, rédactrice scientifique, et Laura Lansdowne, rédactrice en chef de Technology Networks.