Age-related cellular copper dynamics in the fungal ageing model Podospora anserina and in ageing human fibroblasts

In previous investigations an impact of cellular copper homeostasis on ageing of the ascomycete Podospora anserina has been demonstrated. Here we provide new data indicating that mitochondria play a major role in this process. Determination of copper in the cytosolic fraction using total reflection X-ray fluorescence spectroscopy analysis and eGfp reporter gene studies indicate an age-related increase of cytosolic copper levels. We show that components of the mitochondrial matrix (i.e. eGFP targeted to mitochondria) become released from the organelle during ageing. Decreasing the accessibility of mitochondrial copper in P. anserina via targeting a copper metallothionein to the mitochondrial matrix was found to result in a switch from a copper-dependent cytochrome-c oxidase to a copper-independent alternative oxidase type of respiration and results in lifespan extension. In addition, we demonstrate that increased copper concentrations in the culture medium lead to the appearance of senescence biomarkers in human diploid fibroblasts (HDFs). Significantly, expression of copper-regulated genes is induced during in vitro ageing in medium devoid of excess copper suggesting that cytosolic copper levels also increase during senescence of HDFs. These data suggest that the identified molecular pathway of age-dependent copper dynamics may not be restricted to P. anserina but may be conserved from lower eukaryotes to humans

Du rôle du cuivre et de la protéine Prion dans le vieillissement cellulaire

On the role of copper and the Prion protein in cellular aging In 1961, Prof. L. Hayflick lays the foundations of cellular aging with theory of replicative senescence. It was subsequently shown that stress can trigger a premature senescence, called Stress-induced premature senescence (SIPS). Since then, the list of actors involved in senescence is growing with a little consideration for metals. Copper plays an important role in the living world as it is the catalyst for many biochemical reactions and may be involved in the structure and function of proteins. The importance of copper homeostasis during aging has been demonstrated in a filamentous fungus Podospora anserina. The results of this study provide new evidence suggesting that the link between copper homeostasis and aging can not be restricted to P. anserina, but is conserved. The first part of this work showed that copper is involved in senescence of WI-38 human diploid fibroblasts(HDFs). Using different techniques, we showed for the first time at the cellular level, an accumulation of copper in FDHs during replicative senescence. We also showed that copper could play an active role in establishing the senescent phenotype. Indeed, incubation with an copper-enriched medium generates an oxidative stress,an antioxidant response but also the premature appearance of senescence markers. The latter phenomenon is dependent of the oxidative stress generated by copper and p38MAPK. Another part of this work concerns the role of Prion protein (PrP) in senescence. We have shown that PrP is overexpressed in PBMC from elderly compared with young people, in HDFs in replicative senescence and in premature senescence induced by copper and other oxidative stresses. WI-38 HDFs incubated with copper-enriched medium showed an overexpression of PrP under its normal conformational form (PrPc) which is localized in both cytoplasm and nucleus. We showed that the invalidation of PrP expression by specific siRNAs already induces the appearance of premature senescence. This invalidation seems to increase ROS production and DNA damages. These results suggest that PrP plays a protective role against oxidative stress, DNA damages and senescence. This work highlights the fact that metals such as copper can play a role in the mechanisms of senescence.Du rôle du cuivre et de la protéine Prion dans le vieillissement cellulaire En 1961, le Pr. L. Hayflick pose les bases du vieillissement cellulaire avec la découverte de la sénescence réplicative. Par la suite, il a été montré que différents stress peuvent déclencher l’apparition d’une sénescence prématurée, nommée Sénescence Induite Prématurément par les Stress (SIPS). Depuis, la liste d’acteurs impliqués dans la sénescence ne cesse de croître mais peu de recherches ont été réalisées sur le rôle des métaux dans la sénescence. Le cuivre joue un rôle important dans le monde du vivant car il est le catalyseur de nombreuses réactions biochimiques et peut être impliqué dans la structure et la fonction des protéines. L’importance de l’homéostasie du cuivre au cours du vieillissement a été démontrée chez un champignon filamenteux Podospora anserina. Les résultats de ce travail donnent de nouvelles indications qui suggèrent que le lien entre l’homéostasie du cuivre et le vieillissement ne peut être restreint à P. anserina, mais est conservé. La première partie de ce travail a mis en évidence que le cuivre est impliqué dans la sénescence des fibroblastes diploïdes humains (FDHs) WI-38. En utilisant différentes techniques, nous avons montré, pour la première fois au niveau cellulaire, qu’une accumulation de cuivre apparaissait dans les FDHs en sénescence réplicative. Nous avons également montré que le cuivre pouvait jouer un rôle actif dans l’établissement du phénotype sénescent. En effet, une incubation avec un milieu enrichi en cuivre engendre un stress oxydatif, une réponse antioxydante mais aussi l’apparition prématurée de marqueurs de la sénescence. Ce dernier phénomène est dépendant du stress oxydatif généré par le cuivre et de p38MAPK. Une autre partie de ce travail porte sur le rôle de la protéine Prion (PrP) dans la sénescence. Nous avons montré que PrP est surexprimée dans les PBMC (peripheral blood mononuclear cell) provenant de personnes âgées en comparaison avec des personnes jeunes, dans les FDHs en sénescence réplicative et en sénescence prématurée induite par le cuivre ou par d’autres stress oxydants. Les FDHs WI-38 incubés avec le milieu enrichi en cuivre montrent une surexpression de PrP sous sa forme normale (PrPc) et localisée à la fois dans le cytoplasme et le noyau. Nous avons ensuite montré que l’invalidation de l’expression de PrP par siRNAs spécifiques engendre déjà à elle seule l’apparition de marqueurs de la sénescence. Cette invalidation semble également induire une augmentation de la production de ROS et des dommages à l’ADN. Ces résultats suggèrent que PrPc joue un rôle dans la protection contre les stress oxydatif, les dommages à l’ADN et la sénescence. Ce travail met en avant le rôle des métaux tels que le cuivre dans les mécanismes de la sénescence.(DOCSC03) -- FUNDP, 201