Dans une étude récente publiée dans la revue Vieillissement naturel, une équipe internationale de chercheurs a observé que les sénolytiques peuvent atténuer le vieillissement physiologique du cerveau et la neuropathologie de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19). Les sénolytiques sont une classe de médicaments qui ciblent et éliminent sélectivement les cellules sénescentes, qui sont des cellules qui ont cessé de se diviser et qui contribuent au vieillissement et aux maladies liées à l’âge.
La plupart des patients atteints du COVID-19 présentent souvent diverses complications neurologiques. De plus, les données transcriptomiques des tissus cérébraux autopsiés suggèrent des associations entre le déclin cognitif des patients atteints de COVID grave et les signatures du vieillissement cérébral. Alors que des rapports récents impliquent les cellules sénescentes dans la neurodégénérescence et le déclin cognitif chez les souris âgées et in vivo modèles de neuropathologie, leur contribution au vieillissement des tissus cérébraux humains et à la pathologie du COVID-19 dans le système nerveux central reste inconnue.
Étude: La thérapie sénolytique atténue le vieillissement physiologique du cerveau humain et la neuropathologie du COVID-19. Crédit d’image : José Luis Calvo/Shutterstock
L’étude et les résultats
Dans la présente étude, les chercheurs ont testé les effets des sénolytiques sur le vieillissement physiologique du cerveau et la neuropathologie du COVID-19. Premièrement, ils ont généré des organoïdes cérébraux humains (BO) à partir de cellules souches embryonnaires et les ont vieillis physiologiquement pendant huit mois. Par la suite, les BO ont été traités avec deux doses de sénolytiques, telles que l’association dasatinib-quercétine (D+Q), ABT-737 et navitoclax, pendant un mois à deux semaines d’intervalle.
Les interventions sénolytiques ont réduit de manière significative l’activité de la β-galactosidase (SA-β-gal) associée à la sénescence, indiquant l’élimination des cellules sénescentes. Cela a en outre été confirmé par des niveaux significativement plus élevés de lamine B1 (un marqueur nucléaire régulé négativement lors de la sénescence) dans les BO traités. Ensuite, l’équipe a étudié les types de cellules impliqués dans les phénotypes de sénescence par co-immunomarquage avec un marqueur de sénescence (p16).
Plus des trois quarts des cellules p16-positives sont co-immunocolorées avec des astrocytes (positives pour la protéine acide fibrillaire gliale), tandis qu’environ 15 % sont co-localisées avec des neurones matures (positives pour l’antigène des noyaux neuronaux). Ces deux populations de cellules cérébrales représentaient la majorité (> 90 %) des cellules p16-positives. L’équipe a constaté une réduction significative des populations d’astrocytes sénescents après le traitement, la combinaison D+Q étant la plus puissante. Cependant, l’effet des sénolytiques sur la réduction des neurones sénescents était moins apparent.
Le séquençage de l’ARN a révélé une régulation positive des niveaux d’ARN messager (ARNm) de la lamine B1 dans tous les traitements sénolytiques. De plus, 81 ARNm liés à la sénescence ont été systématiquement supprimés avec des traitements sénolytiques. De plus, des prédictions d’horloge de vieillissement ont été effectuées sur la base du séquençage du transcriptome entier. Le traitement D+Q des organoïdes âgés de neuf mois a ramené leur âge d’expression génique aux niveaux des organoïdes âgés de huit mois.
Ce phénotype n’a pas été observé avec d’autres interventions sénolytiques testées. Les modifications de l’expression génique induites par le traitement D+Q étaient corrélées aux signatures des interventions pro-longévité chez les mammifères, telles que l’administration de rapamycine et la restriction calorique. Ensuite, l’équipe a estimé la prévalence des cellules sénescentes dans le cortex frontal autopsié des cerveaux de patients du même âge décédés en raison d’un COVID-19 grave ou de causes non neurologiques et non infectieuses.
Les cerveaux des personnes décédées du COVID-19 ont montré une multiplication par sept du nombre de cellules p16-positives par rapport à ceux des témoins non-COVID-19. Ensuite, des BO humains ont été exposés à différents agents pathogènes viraux pour examiner comment les virus (neurotropes) contribuent à la neuropathologie induite par le vieillissement. L’infection par le coronavirus 2 (SARS-CoV-2) du syndrome respiratoire aigu sévère a été principalement détectée dans les neurones, les microglies et les progéniteurs neuraux.
Sept variantes du SRAS-CoV-2 ont également été testées et leurs phénotypes de sénescence ont été classés selon l’activité SA-β-gal. La plupart des variantes ont augmenté de manière significative le SA-β-gal, mais la variante Delta a présenté l’induction la plus puissante. De plus, il y avait une colocalisation distinctive du pic viral et du SA-β-gal dans les BO infectés par Delta. En outre, une induction de sénescence statistiquement plus élevée était évidente entre les organoïdes infectés pendant cinq et dix jours.
Une sénescence accrue observée 10 jours après l’infection (dpi) par rapport à 5 dpi suggère que l’infection par le SRAS-CoV-2 pourrait avoir déclenché une sénescence secondaire. Il est intéressant de noter que les cellules sénescentes non infectées ont été enrichies dans un rayon de 150 µm de cellules sénescentes infectées, renforçant ainsi l’effet spectateur putatif des cellules infectées dans le déclenchement de la sénescence secondaire. La sénescence a également été déclenchée par l’infection des BO par le virus de l’encéphalite japonaise (JEV), le virus Zika (ZIKV) ou le virus Rocio (ROCV).
Les chercheurs ont examiné les associations de changements transcriptomiques entre les patients atteints de COVID-19 et les BO infectés par le SRAS-CoV-2. Parmi près de 1 600 gènes présentant une expression différentielle entre les BO infectés et non infectés, il y avait 485 gènes différentiellement exprimés dans les échantillons de cerveau des patients COVID-19. Notamment, les voies connues de sénescence et de vieillissement ont été enrichies dans cet ensemble de gènes communs.
Un traitement sénolytique à long terme empêche l’accumulation sélective de cellules sénescentes dans les BO humains physiologiquement âgés. un–Fles BO ont été générés et cultivés in vitro pendant 8 mois, puis exposés à deux doses (une toutes les 2 semaines) de navitoclax (2,5 μM), d’ABT-737 (10 μM) ou de D + Q (D, 10 μM ; Q, 25 μM) au cours du mois suivant, après quoi les organoïdes (n = 8 à 14) ont été collectés pour analyse in situ. un, le test SA-β-gal a été réalisé sur des coupes organoïdes. Chaque point de données dans le graphique à barres représente un seul organoïde analysé. Données présentées sous forme de moyenne ± écart-type ; au moins huit organoïdes individuels ont été analysés par condition ; analyse de variance unidirectionnelle (ANOVA) avec les corrections post hoc à comparaison multiple de Tukey. b, La coloration Lamin B1 a été réalisée sur des coupes organoïdes. Chaque point de données dans le nuage de points représente l’intensité intégrée de chaque cellule dans les sections organoïdes. Au moins huit organoïdes individuels ont été analysés par condition ; ANOVA unidirectionnelle avec les corrections post hoc à comparaisons multiples de Tukey. c,dImages représentatives des quantifications présentées dans un,b, respectivement. Barre d’échelle, 0,3 mm. e, Images immunofluorescentes représentatives de régions d’organoïdes traitées avec les sénolytiques indiqués et le contrôle du véhicule. Les échantillons ont été immunomarqués individuellement avec des anticorps contre GFAP, Sox2 et NeuN et co-colorés pour p16. Les flèches indiquent la co-immunoréactivité de NeuN et p16. Barre d’échelle, 50 µm. F, Graphiques à barres montrant la quantification de colocalisation effectuée sur des sections organoïdes. Données présentées sous forme de moyenne ± écart-type ; trois organoïdes individuels ont été analysés par condition ; ANOVA unidirectionnelle avec les corrections post hoc à comparaisons multiples de Tukey. au, unités arbitraires.
Ensuite, l’équipe a évalué l’impact de l’élimination sélective des cellules sénescentes grâce à des interventions sénolytiques. Les sénolytiques ont réduit de manière significative le nombre de cellules BO présentant une activité SA-β-gal cinq jours après l’infection par le SRAS-CoV-2. Il convient de noter que l’impact des sénolytiques était plus important chez les BO infectés par le variant Delta, et que les sénolytiques ont inversé la perte de lamine B1 induite par le variant Delta et la régulation positive de p21.
Le prétraitement des BO avec des sénolytiques avant l’infection a entraîné une réduction significative de la sénescence induite par le virus. Les neurones corticothalamiques de couche 6 et les neurones à éminence ganglionnaire ergique de l’acide gamma-aminobutyrique (GABA) étaient les deux populations présentant une incidence significativement plus élevée de sénescence suite à une infection, et les interventions sénolytiques ont empêché la sénescence cellulaire dans ces populations.
Enfin, les chercheurs ont infecté des souris K18-hACE2 (qui expriment l’enzyme de conversion de l’angiotensine humaine 2). [hACE2] sous la régulation de la kératine 18 [K18] promoteur) avec SARS-CoV-2 Delta. Des sénolytiques présentant une perméabilité à la barrière hémato-encéphalique, tels que D+Q, navitoclax et fisétine, ont été administrés 24 heures après l’infection, avec des traitements ultérieurs tous les deux jours. Les souris infectées avaient une durée de vie réduite, avec une survie médiane de cinq jours.
Cependant, le traitement par la fisétine ou par D+Q a significativement amélioré la survie. Tous les animaux témoins sont morts à 10 dpi, alors que 13 % des souris navitoclax, 38 % des souris D+Q et 22 % des souris traitées à la fisétine étaient vivantes à 12 dpi (critère expérimental). Les sénolytiques, en particulier D+Q, ont provoqué une profonde diminution des caractéristiques liées au COVID-19 et une réduction significative de l’expression des gènes viraux dans le cerveau des souris.
Les cerveaux des souris infectées présentaient une augmentation du phénotype sécrétoire associé à la sénescence inflammatoire (SASP) et des marqueurs de sénescence p16, et (tous) les traitements sénolytiques ont normalisé la sénescence et l’expression du gène SASP des animaux infectés aux niveaux observés dans les cerveaux non infectés. L’infection Delta a également provoqué une perte de neurones dopaminergiques dans le tronc cérébral, accompagnée d’une augmentation concomitante de l’astrogliose. Cependant, l’administration récurrente de sénolytiques a partiellement empêché la perte des neurones dopaminergiques et a abrogé l’apparition de l’astrogliose.
Conclusions
Dans l’ensemble, l’étude a démontré que les cellules sénescentes s’accumulent dans les BO humains physiologiquement âgés, avec une ou plusieurs interventions sénolytiques à long terme réduisant considérablement la sénescence cellulaire et l’inflammation. De plus, le traitement D+Q a induit de manière unique des modifications de l’expression des gènes anti-âge et pro-longévité dans les BO.
En outre, les cerveaux des patients atteints de COVID-19 présentent une accumulation rapide de sénescence cellulaire par rapport aux témoins du même âge. Les virus neurotropes (ROCV, JEV et ZIKV) et le SRAS-CoV-2 peuvent infecter les BO et induire une sénescence cellulaire, et la variante SARS-CoV-2 Delta déclenche l’induction la plus puissante de la sénescence. Les interventions sénolytiques à court terme pourraient réduire l’expression du gène du SRAS-CoV-2 dans les BO infectés et prévenir la sénescence des neurones GABAergiques et corticothalamiques.
Notamment, les sénolytiques ont amélioré la neuropathologie du COVID-19 chez les souris K18-hACE2 infectées, amélioré leur survie et leur score clinique, et réduit le SASP, la sénescence et l’expression des gènes viraux. Dans l’ensemble, les résultats mettent en évidence le rôle essentiel de la sénescence cellulaire dans le vieillissement cérébral, le COVID-19, la neuropathologie et l’impact thérapeutique des sénolytiques.
