alteration of alveolar stem cell niche in emphysema : the role of p16 and srebp in lung regeneration

Les alvéoles sont essentielles pour les échanges gazeux au niveau pulmonaire et leur destruction aboutit à une diminution de la surface d’échange, comme au cours de l’emphysème, et conduit au développement d’une insuffisance respiratoire chronique. La défaillance des mécanismes de réparation alvéolaire rend ces lésions irréversibles sans possibilité de formation de nouvelles alvéoles. Ces processus de réparation/régénération dépendent des cellules épithéliales progénitrices, notamment les pneumocytes de types 2 (AT2s), qui se différencient en pneumocytes 1 (AT1s) via plusieurs états cellulaires intermédiaires. Ce processus est sous dépendance de cellules constituant la niche de cellules souches alvéolaires, en particulier les fibroblastes qui jouent un rôle de soutien pour les cellules épithéliales progénitrices, notamment les AT2s. L’hypothèse principale de la thèse est que cibler le régulateur du cycle cellulaire p16INK4a (p16) dans les AT2s ou les voies de la lipogenèse dans les fibroblastes (pour programmer vers des fibroblastes de type lipofibroblastes (LIFs)) pourrait restaurer la plasticité cellulaire des AT2s en favorisant leur différenciation en AT1s et ainsi promouvoir la régénération alvéolaire.Dans la première partie de l’étude, en utilisant un modèle d’emphysème induit par l’élastase, nous avons démontré que les souris emphysémateuses présentaient une expression accrue de p16 dans les AT2s ainsi qu’une dysfonction propriétés de cellules progénitrices des cellules épithéliales documentée dans un modèle d’organoïdes alvéolaires, associée à une augmentation du nombre d’AT2s activés exprimant LCN2, LRG1 et IL33. La délétion de p16 ne protégeait pas de la destruction alvéolaire mais permettait la régénération alvéolaire 150 jours après l’instillation d’élastase, la restauration des capacités des AT2s à former des organoïdes alvéolaires in vitro, une réduction de la senescence cellulaire ainsi qu’un retour à la normal du nombre d’AT2s activés. L’utilisation de sénolytiques chez des souris WT instillées à l’élastase reproduisait cet effet avec une restauration des capacités de régénération des AT2s in vitro et une réparation des alvéoles. P16 bloquerait les AT2s dans un état de différenciation inachevé caractérisé par une accumulation d’AT2 activés. Eliminer les cellules exprimant p16 ou bloquer p16 pourrait corriger cette dysfonction en restaurant la différenciation des AT2s en AT1s, favorisant ainsi la régénération alvéolaire en cas d’emphysème pulmonaire.Dans la deuxième partie, nous avons démontré, que les LIFs étaient réduits dans les poumons de patients emphysémateux. Nous avons également montré que l'activation des voies de signalisation impliquées dans la lipogenèse, notamment la voie Sterol regulatory element-binding protein (SREBP), pouvait induire un switch des fibroblastes primaires humains en LIFs. Cette activation était associée à une synthèse accrue de lipides (phosphatidylcholine PC32_0) qui sont des composants de surfactant produits par les AT2s. L'activation de la voie SREBP dans les fibroblastes améliore les propriétés de niche des fibroblastes quand ils sont co-cultivés avec des AT2s de lignées ou primaires dans un modèle d’organoïdes alvéolaires.Ainsi, la dysfonction des cellules progénitrices épithéliales dans l’emphysème peut être restaurée directement en délétant p16 dans les AT2s et indirectement en induisant une augmentation des LIFs pour promouvoir une régénération alvéolaire.