Découverte de composes sénolytiques et caractérisation de leurs mécanismes d'action en sénescence induite par l'oncogène BRAF-V600E

In response to oncogene expression (such as BRAF-V600E), genotoxic insults, or other stresses, eukaryotic cells can suppress apoptosis and enter senescence. Senescence is a cell fate characterized by a quasi-irreversible proliferative arrest and deep transcriptional reprogramming, notably leading to an important secretion of inflammatory factors collectively termed the senescence-associated secretory phenotype (SASP). Due to increased secretory demands and chronic stress, proteostasis may be challenged in senescence. As it limits the proliferation of cells possibly bearing pre-neoplastic potential, senescence is an essential tumor suppressing process; however, the accumulation of senescent cells during aging, in pathological contexts, or following chemotherapy or radiotherapy, is detrimental and leads to tissue dysfunction. Senolytics are drugs that selectively induce apoptosis in senescent cells while sparing normal cells, and their therapeutical application has proved a valuable pharmacological strategy in pathological contexts in which senescence plays a driving role. The aim of this project was to identify novel senolytic compounds, notably in BRAF-V600E-induced senescence, and to characterize their mechanisms of action, thereby adding to the understanding of cell survival pathways regulation in senescence. Cardioglycosides constitute a class of drugs that were identified as potent senolytics in the screen of a repurposing library. We showed that BRAF-V600E senescent cells were remarkably sensitive to senolysis induced by cardioglycosides. We demonstrated that BRAF-V600E senescent cells have a heightened autophagy flux that is essential to their survival, and that cardioglycosides acted as senolytics by inhibiting autophagy through Na,K-ATPase signal transduction. Accordingly, blocking autophagy through other routes such as with chloroquine was also senolytic. To gain insight into the regulation of autophagy and proteostasis in senescence and identify new senolytic targets, we then assessed endoplasmic reticulum stress and the unfolded protein response (UPR) in different senescence models. In parallel, we screened various chemical libraries, in which we identified potential senolytics targeting different facets of proteostasis. Interestingly, we found that UPR sensor Ire1 was upregulated in oncogene-induced senescence. Ire1 regulates cell fate through several pathways, and many small compounds that differentially modulate its activity are available. We thus employed a panel of Ire1 modulators to begin characterizing its role in senescence, and establish novel senolytic strategies. Collectively, our results highlight the senolytic potential of targeting autophagy and proteostasis in oncogene-induced senescence, and the importance of deciphering the mechanisms of action of senolytics to identify new targets and regulatory pathways.En réponse à l'expression d'oncogène (tel que BRAF-V600E), à des traitements génotoxiques ou à d'autres stress, les cellules eucaryotes peuvent éviter l'apoptose et déclencher la sénescence. La sénescence est un destin cellulaire caractérisé par un arrêt prolifératif quasi-irréversible et une reprogrammation transcriptionnelle profonde, conduisant notamment à une sécrétion importante de facteurs inflammatoires collectivement appelés phénotype sécrétoire associé à la sénescence (SASP). En raison de l'augmentation de la demande sécrétoire et de stress chroniques, la protéostase peut être perturbée en sénescence. Comme elle limite la prolifération de cellules susceptibles de présenter un potentiel pré-néoplastique, la sénescence est un processus essentiel de suppression tumorale ; cependant, l'accumulation de cellules sénescentes au cours du vieillissement, dans des contextes pathologiques, ou après chimiothérapie ou radiothérapie, est préjudiciable et entraîne un dysfonctionnement tissulaire. Les sénolytiques sont des composés qui induisent sélectivement l'apoptose dans les cellules sénescentes tout en épargnant les cellules normales, et leur application thérapeutique s'est avérée une stratégie pharmacologique efficace dans différents contextes pathologiques où la sénescence joue un rôle moteur. Le but de ce projet était d'identifier de nouveaux composés sénolytiques, notamment dans la sénescence induite par BRAF-V600E, et de caractériser leurs mécanismes d'action, ajoutant ainsi à la compréhension de la régulation des voies de survie cellulaire en sénescence. Les cardioglycosides constituent une classe de composés qui ont été identifiés comme de puissants sénolytiques dans le criblage d'une chimiothèque de repositionnement. Nous avons montré que les cellules sénescentes BRAF-V600E étaient remarquablement sensibles à la sénolyse induite par les cardioglycosides. Nous avons démontré que les cellules sénescentes BRAF-V600E ont un flux autophagique accru, essentiel à leur survie, et que les cardioglycosides agissent comme sénolytiques en inhibant l'autophagie via la transduction du signal par la Na,K-ATPase. En conséquence, le blocage de l'autophagie par d'autres voies, comme avec la chloroquine, était également sénolytique. Pour mieux comprendre la régulation de l'autophagie et de la protéostase en sénescence et identifier de nouvelles cibles sénolytiques, nous avons ensuite évalué le stress du réticulum endoplasmique et la réponse aux protéines mal repliées (UPR) dans différents modèles de sénescence. En parallèle, nous avons criblé diverses chimiothèques, dans lesquelles nous avons identifié des sénolytiques potentiels ciblant différentes facettes de la protéostase. Notamment, nous avons découvert que le senseur de l'UPR Ire1 était régulé à la hausse en sénescence induite par l'expression d'oncogènes. Ire1 régule le destin cellulaire par plusieurs voies, et de nombreux composés qui modulent de manière différentielle son activité sont disponibles. Nous avons donc utilisé un panel de modulateurs d'Ire1 pour commencer à caractériser son rôle en sénescence, et établir de nouvelles stratégies sénolytiques. En résumé, nos résultats soulignent le potentiel sénolytique du ciblage de l'autophagie et de la protéostase dans la sénescence induite par l'expression d'oncogènes, et l'importance de caractériser en détails les mécanismes d'action des sénolytiques pour identifier de nouvelles cibles et voies de régulation

Découverte de composes sénolytiques et caractérisation de leurs mécanismes d'action en sénescence induite par l'oncogène BRAF-V600E

In response to oncogene expression (such as BRAF-V600E), genotoxic insults, or other stresses, eukaryotic cells can suppress apoptosis and enter senescence. Senescence is a cell fate characterized by a quasi-irreversible proliferative arrest and deep transcriptional reprogramming, notably leading to an important secretion of inflammatory factors collectively termed the senescence-associated secretory phenotype (SASP). Due to increased secretory demands and chronic stress, proteostasis may be challenged in senescence. As it limits the proliferation of cells possibly bearing pre-neoplastic potential, senescence is an essential tumor suppressing process; however, the accumulation of senescent cells during aging, in pathological contexts, or following chemotherapy or radiotherapy, is detrimental and leads to tissue dysfunction. Senolytics are drugs that selectively induce apoptosis in senescent cells while sparing normal cells, and their therapeutical application has proved a valuable pharmacological strategy in pathological contexts in which senescence plays a driving role. The aim of this project was to identify novel senolytic compounds, notably in BRAF-V600E-induced senescence, and to characterize their mechanisms of action, thereby adding to the understanding of cell survival pathways regulation in senescence. Cardioglycosides constitute a class of drugs that were identified as potent senolytics in the screen of a repurposing library. We showed that BRAF-V600E senescent cells were remarkably sensitive to senolysis induced by cardioglycosides. We demonstrated that BRAF-V600E senescent cells have a heightened autophagy flux that is essential to their survival, and that cardioglycosides acted as senolytics by inhibiting autophagy through Na,K-ATPase signal transduction. Accordingly, blocking autophagy through other routes such as with chloroquine was also senolytic. To gain insight into the regulation of autophagy and proteostasis in senescence and identify new senolytic targets, we then assessed endoplasmic reticulum stress and the unfolded protein response (UPR) in different senescence models. In parallel, we screened various chemical libraries, in which we identified potential senolytics targeting different facets of proteostasis. Interestingly, we found that UPR sensor Ire1 was upregulated in oncogene-induced senescence. Ire1 regulates cell fate through several pathways, and many small compounds that differentially modulate its activity are available. We thus employed a panel of Ire1 modulators to begin characterizing its role in senescence, and establish novel senolytic strategies. Collectively, our results highlight the senolytic potential of targeting autophagy and proteostasis in oncogene-induced senescence, and the importance of deciphering the mechanisms of action of senolytics to identify new targets and regulatory pathways.En réponse à l'expression d'oncogène (tel que BRAF-V600E), à des traitements génotoxiques ou à d'autres stress, les cellules eucaryotes peuvent éviter l'apoptose et déclencher la sénescence. La sénescence est un destin cellulaire caractérisé par un arrêt prolifératif quasi-irréversible et une reprogrammation transcriptionnelle profonde, conduisant notamment à une sécrétion importante de facteurs inflammatoires collectivement appelés phénotype sécrétoire associé à la sénescence (SASP). En raison de l'augmentation de la demande sécrétoire et de stress chroniques, la protéostase peut être perturbée en sénescence. Comme elle limite la prolifération de cellules susceptibles de présenter un potentiel pré-néoplastique, la sénescence est un processus essentiel de suppression tumorale ; cependant, l'accumulation de cellules sénescentes au cours du vieillissement, dans des contextes pathologiques, ou après chimiothérapie ou radiothérapie, est préjudiciable et entraîne un dysfonctionnement tissulaire. Les sénolytiques sont des composés qui induisent sélectivement l'apoptose dans les cellules sénescentes tout en épargnant les cellules normales, et leur application thérapeutique s'est avérée une stratégie pharmacologique efficace dans différents contextes pathologiques où la sénescence joue un rôle moteur. Le but de ce projet était d'identifier de nouveaux composés sénolytiques, notamment dans la sénescence induite par BRAF-V600E, et de caractériser leurs mécanismes d'action, ajoutant ainsi à la compréhension de la régulation des voies de survie cellulaire en sénescence. Les cardioglycosides constituent une classe de composés qui ont été identifiés comme de puissants sénolytiques dans le criblage d'une chimiothèque de repositionnement. Nous avons montré que les cellules sénescentes BRAF-V600E étaient remarquablement sensibles à la sénolyse induite par les cardioglycosides. Nous avons démontré que les cellules sénescentes BRAF-V600E ont un flux autophagique accru, essentiel à leur survie, et que les cardioglycosides agissent comme sénolytiques en inhibant l'autophagie via la transduction du signal par la Na,K-ATPase. En conséquence, le blocage de l'autophagie par d'autres voies, comme avec la chloroquine, était également sénolytique. Pour mieux comprendre la régulation de l'autophagie et de la protéostase en sénescence et identifier de nouvelles cibles sénolytiques, nous avons ensuite évalué le stress du réticulum endoplasmique et la réponse aux protéines mal repliées (UPR) dans différents modèles de sénescence. En parallèle, nous avons criblé diverses chimiothèques, dans lesquelles nous avons identifié des sénolytiques potentiels ciblant différentes facettes de la protéostase. Notamment, nous avons découvert que le senseur de l'UPR Ire1 était régulé à la hausse en sénescence induite par l'expression d'oncogènes. Ire1 régule le destin cellulaire par plusieurs voies, et de nombreux composés qui modulent de manière différentielle son activité sont disponibles. Nous avons donc utilisé un panel de modulateurs d'Ire1 pour commencer à caractériser son rôle en sénescence, et établir de nouvelles stratégies sénolytiques. En résumé, nos résultats soulignent le potentiel sénolytique du ciblage de l'autophagie et de la protéostase dans la sénescence induite par l'expression d'oncogènes, et l'importance de caractériser en détails les mécanismes d'action des sénolytiques pour identifier de nouvelles cibles et voies de régulation

Découverte de composes sénolytiques et caractérisation de leurs mécanismes d'action en sénescence induite par l'oncogène BRAF-V600E

In response to oncogene expression (such as BRAF-V600E), genotoxic insults, or other stresses, eukaryotic cells can suppress apoptosis and enter senescence. Senescence is a cell fate characterized by a quasi-irreversible proliferative arrest and deep transcriptional reprogramming, notably leading to an important secretion of inflammatory factors collectively termed the senescence-associated secretory phenotype (SASP). Due to increased secretory demands and chronic stress, proteostasis may be challenged in senescence. As it limits the proliferation of cells possibly bearing pre-neoplastic potential, senescence is an essential tumor suppressing process; however, the accumulation of senescent cells during aging, in pathological contexts, or following chemotherapy or radiotherapy, is detrimental and leads to tissue dysfunction. Senolytics are drugs that selectively induce apoptosis in senescent cells while sparing normal cells, and their therapeutical application has proved a valuable pharmacological strategy in pathological contexts in which senescence plays a driving role. The aim of this project was to identify novel senolytic compounds, notably in BRAF-V600E-induced senescence, and to characterize their mechanisms of action, thereby adding to the understanding of cell survival pathways regulation in senescence. Cardioglycosides constitute a class of drugs that were identified as potent senolytics in the screen of a repurposing library. We showed that BRAF-V600E senescent cells were remarkably sensitive to senolysis induced by cardioglycosides. We demonstrated that BRAF-V600E senescent cells have a heightened autophagy flux that is essential to their survival, and that cardioglycosides acted as senolytics by inhibiting autophagy through Na,K-ATPase signal transduction. Accordingly, blocking autophagy through other routes such as with chloroquine was also senolytic. To gain insight into the regulation of autophagy and proteostasis in senescence and identify new senolytic targets, we then assessed endoplasmic reticulum stress and the unfolded protein response (UPR) in different senescence models. In parallel, we screened various chemical libraries, in which we identified potential senolytics targeting different facets of proteostasis. Interestingly, we found that UPR sensor Ire1 was upregulated in oncogene-induced senescence. Ire1 regulates cell fate through several pathways, and many small compounds that differentially modulate its activity are available. We thus employed a panel of Ire1 modulators to begin characterizing its role in senescence, and establish novel senolytic strategies. Collectively, our results highlight the senolytic potential of targeting autophagy and proteostasis in oncogene-induced senescence, and the importance of deciphering the mechanisms of action of senolytics to identify new targets and regulatory pathways.En réponse à l'expression d'oncogène (tel que BRAF-V600E), à des traitements génotoxiques ou à d'autres stress, les cellules eucaryotes peuvent éviter l'apoptose et déclencher la sénescence. La sénescence est un destin cellulaire caractérisé par un arrêt prolifératif quasi-irréversible et une reprogrammation transcriptionnelle profonde, conduisant notamment à une sécrétion importante de facteurs inflammatoires collectivement appelés phénotype sécrétoire associé à la sénescence (SASP). En raison de l'augmentation de la demande sécrétoire et de stress chroniques, la protéostase peut être perturbée en sénescence. Comme elle limite la prolifération de cellules susceptibles de présenter un potentiel pré-néoplastique, la sénescence est un processus essentiel de suppression tumorale ; cependant, l'accumulation de cellules sénescentes au cours du vieillissement, dans des contextes pathologiques, ou après chimiothérapie ou radiothérapie, est préjudiciable et entraîne un dysfonctionnement tissulaire. Les sénolytiques sont des composés qui induisent sélectivement l'apoptose dans les cellules sénescentes tout en épargnant les cellules normales, et leur application thérapeutique s'est avérée une stratégie pharmacologique efficace dans différents contextes pathologiques où la sénescence joue un rôle moteur. Le but de ce projet était d'identifier de nouveaux composés sénolytiques, notamment dans la sénescence induite par BRAF-V600E, et de caractériser leurs mécanismes d'action, ajoutant ainsi à la compréhension de la régulation des voies de survie cellulaire en sénescence. Les cardioglycosides constituent une classe de composés qui ont été identifiés comme de puissants sénolytiques dans le criblage d'une chimiothèque de repositionnement. Nous avons montré que les cellules sénescentes BRAF-V600E étaient remarquablement sensibles à la sénolyse induite par les cardioglycosides. Nous avons démontré que les cellules sénescentes BRAF-V600E ont un flux autophagique accru, essentiel à leur survie, et que les cardioglycosides agissent comme sénolytiques en inhibant l'autophagie via la transduction du signal par la Na,K-ATPase. En conséquence, le blocage de l'autophagie par d'autres voies, comme avec la chloroquine, était également sénolytique. Pour mieux comprendre la régulation de l'autophagie et de la protéostase en sénescence et identifier de nouvelles cibles sénolytiques, nous avons ensuite évalué le stress du réticulum endoplasmique et la réponse aux protéines mal repliées (UPR) dans différents modèles de sénescence. En parallèle, nous avons criblé diverses chimiothèques, dans lesquelles nous avons identifié des sénolytiques potentiels ciblant différentes facettes de la protéostase. Notamment, nous avons découvert que le senseur de l'UPR Ire1 était régulé à la hausse en sénescence induite par l'expression d'oncogènes. Ire1 régule le destin cellulaire par plusieurs voies, et de nombreux composés qui modulent de manière différentielle son activité sont disponibles. Nous avons donc utilisé un panel de modulateurs d'Ire1 pour commencer à caractériser son rôle en sénescence, et établir de nouvelles stratégies sénolytiques. En résumé, nos résultats soulignent le potentiel sénolytique du ciblage de l'autophagie et de la protéostase dans la sénescence induite par l'expression d'oncogènes, et l'importance de caractériser en détails les mécanismes d'action des sénolytiques pour identifier de nouvelles cibles et voies de régulation

From the divergence of senescent cell fates to mechanisms and selectivity of senolytic drugs

Senescence is a cellular stress response that involves prolonged cell survival, a quasi-irreversible proliferative arrest and a modification of the transcriptome that sometimes includes inflammatory gene expression. Senescent cells are resistant to apoptosis, and if not eliminated by the immune system they may accumulate and lead to chronic inflammation and tissue dysfunction. Senolytics are drugs that selectively induce cell death in senescent cells, but not in proliferative or quiescent cells, and they have proved a viable therapeutic approach in multiple mouse models of pathologies in which senescence is implicated. As the catalogue of senolytic compounds is expanding, novel survival strategies of senescent cells are uncovered, and variations in sensitivity to senolysis between different types of senescent cells emerge. We propose herein a mechanistic classification of senolytic drugs, based on the level at which they target senescent cells: directly disrupting BH3 protein networks that are reorganized upon senescence induction; downregulating survival-associated pathways essential to senescent cells; or modulating homeostatic processes whose regulation is challenged in senescence. With this approach, we highlight the important diversity of senescent cells in terms of physiology and pathways of apoptosis suppression, and we describe possible avenues for the development of more selective senolytics

A complementary chemical probe approach towards customized studies of G-quadruplex DNA structures in live cells

G-quadruplex (G4) DNA structures are implicated in central biological processes and are considered promising therapeutic targets because of their links to human diseases such as cancer. However, functional details of how, when, and why G4 DNA structures form in vivo are largely missing leaving a knowledge gap that requires tailored chemical biology studies in relevant live-cell model systems. Towards this end, we developed a synthetic platform to generate complementary chemical probes centered around one of the most effective and selective G4 stabilizing compounds, Phen-DC3. We used a structure-based design and substantial synthetic devlopments to equip Phen-DC3 with an amine in a position that does not interfere with G4 interactions. We next used this reactive handle to conjugate a BODIPY fluorophore to Phen-DC3. This generated a fluorescent derivative with retained G4 selectivity, G4 stabilization, and cellular effect that revealed the localization and function of Phen-DC3 in human cells. To increase cellular uptake, a second chemical probe with a conjugated cell-penetrating peptide was prepared using the same amine-substituted Phen-DC3 derivative. The cell-penetrating peptide conjugation, while retaining G4 selectivity and stabilization, increased nuclear localization and cellular effects, showcasing the potential of this method to modulate and direct cellular uptake e.g. as delivery vehicles. The applied approach to generate multiple tailored biochemical tools based on the same core structure can thus be used to advance the studies of G4 biology to uncover molecular details and therapeutic approaches. This journal i

Glucocorticoids delay RAF-induced senescence promoted by EGR1

International audienc

Enhanced mitochondrial G-quadruplex formation impedes replication fork progression leading to mtDNA loss in human cells

Mitochondrial DNA (mtDNA) replication stalling is considered an initial step in the formation of mtDNA deletions that associate with genetic inherited disorders and aging. However, the molecular details of how stalled replication forks lead to mtDNA deletions accumulation are still unclear. Mitochondrial DNA deletion breakpoints preferentially occur at sequence motifs predicted to form G-quadruplexes (G4s), four-stranded nucleic acid structures that can fold in guanine-rich regions. Whether mtDNA G4s form in vivo and their potential implication for mtDNA instability is still under debate. In here, we developed new tools to map G4s in the mtDNA of living cells. We engineered a G4-binding protein targeted to the mitochondrial matrix of a human cell line and established the mtG4-ChIP method, enabling the determination of mtDNA G4s under different cellular conditions. Our results are indicative of transient mtDNA G4 formation in human cells. We demonstrate that mtDNA-specific replication stalling increases formation of G4s, particularly in the major arc. Moreover, elevated levels of G4 block the progression of the mtDNA replication fork and cause mtDNA loss. We conclude that stalling of the mtDNA replisome enhances mtDNA G4 occurrence, and that G4s not resolved in a timely manner can have a negative impact on mtDNA integrity

Land clearing, climate variability, and water resources increase in semiarid southwest Niger: a review

The water table in southwestern Niger has been rising continuously for the past decades (4 m rise from 1963 to 2007), despite a ~23% deficit in monsoonal rainfall from 1970 to 1998. This paradoxical phenomenon has been linked with a change in land use from natural savannah to millet crops that have expanded in area sixfold since 1950 and have caused soil crusting on slopes that has, in turn, enhanced Hortonian runoff. Runoff concentrates in closed ponds and then recharges the aquifer; therefore, higher runoff increases aquifer recharge. At the local scale (2 km2), a physically based, distributed hydrological model showed that land clearing increased runoff threefold, whereas the rainfall deficit decreased runoff by a factor of 2. At a larger scale (500 km2, 1950–1992 period), historical aerial photographs showed a 2.5-fold increase in the density of gullies, in response to an 80% decrease in perennial vegetation. At the scale of the entire study area (5000 km2), analytical modeling of groundwater radioisotope data (3H and 14C) showed that the recharge rate prior to land clearing (1950s) was about 2 mm a−1; postclearing recharge, estimated from groundwater level fluctuations and constrained by subsurface geophysical surveys, was estimated to be 25 ± 7 mm a−1. This order of magnitude increase in groundwater fluxes has also impacted groundwater quality near ponds, as shown by a rising trend in groundwater nitrate concentrations of natural origin (75% of δ15N values in the range +4 to +8‰). In this well-documented region of semiarid Africa, the indirect impacts of land use change on water quantity and quality are much greater than the direct influence of climate variability