Study of the role of the p16INK4a gene in tumor progression and tissue regeneration/function following exposure to ionizing radiation

Abstract

La sénescence est un important mécanisme cellulaire qui prévient la tumorigenèse et se caractérise par un arrêt permanent du cycle cellulaire orchestré principalement par les inhibiteurs des cycline-kinases dépendantes (i.e p16INK4a). La sénescence est une caractéristique importante du vieillissement, mais un déséquilibre dans son induction peut être délétère pour la régénération tissulaire et paradoxalement pour la progression tumorale. L'irradiation (IR) est couramment utilisée comme approche thérapeutique dans le cancer. Chez les enfants survivants du cancer, l’exposition à l’irradiation et à la chimiothérapie entrainent le développement d’importants effets secondaires, lesquels sont associés à une forme de vieillissement prématuré. La formation de cellules sénescentes, en inhibant la prolifération tissulaire et en sécrétant des cytokines proinflammatoires, pourrait être en être responsable. Notre groupe a précédemment démontré que le gène p16INK4a est augmenté de manière tardive (environ 8 semaines) suite à une exposition à l’irradiation. Il n'a pas encore été étudié si cette expression retardée survient en réponse aux dommages causés par l'irradiation sur l’homéostasie tissulaire ou à titre de mécanismes de suppression tumorale. Un objectif de cette thèse visait donc à déterminer s’il était possible de moduler/inhiber l’expression de p16INK4a dans le but d’accroitre la régénération tissulaire sans nécessairement accroitre les risques d’incidence du cancer. En effet, ceci pourrait être possible dans la mesure ou la sénescence induite par p16INK4a est également irréversible in vivo. Nos résultats ont démontré que l’inhibition de l’expression de p16INKa (suite à l’administration de tamoxifen chez les souris p16L/LCre), induit à la fois une augmentation de la régénération tissulaire mais malheureusement également une augmentation de l’incidence du cancer. Nous voulions également connaitre l’impact de l’accumulation de ces cellules sénescentes sur les tissus, plus spécifiquement sur la fonction des cellules immunitaires de la rate. Nous avons démontré que des altérations (dépendantes de p16INK4a) au sein du microenvironnement splénique pouvaient altérer les fonctions intrinsèques des macrophages, des cellules dendritiques et des lymphocytes T. En outre, l'élimination systémique des cellules p16INK4a positives (modèle de sourie p16-3MR) a conduit à une restauration partielle de la fonction de ces cellules immunitaires. La combinaison de ces données nous permet de mieux comprendre le rôle et la fonction du gène p16INK4a dans le processus de sénescence induite par l’irradiation. Nos résultats suggèrent qu’il est envisageable d’utiliser des agents pharmacologiques tels que des composés sénolytiques, capables d’induire l’apoptose chez les cellules sénescentes spécifiquement, afin de potentiellement diminuer les effets du vieillissement prématuré induit par la sénescence cellulaire chez les survivants du cancer.

Senescence is an important cellular mechanism that prevents tumorigenesis and is characterized by a permanent cell cycle arrest orchestrated by cyclin-dependent kinases inhibitors (i.e p16INK4a). Senescence is an important hallmark of aging and unbalanced levels of senescence is considered deleterious for tissue regeneration, and paradoxically for tumor progression. Irradiation (IR) is commonly used therapeutic approach in cancer treatment. Together with surgery and chemotherapy, it has helped to increase the life expectancy of patients and, in some cases, leads to complete remission. However, long-after therapy, children who survive cancer encounter alterations in the integrity of tissues/organs associated with premature aging. The accumulation of senescent cells may be responsible for this accelerated aging by limiting tissue proliferation and secreting pro-inflammatory cytokines. Our group has previously demonstrated that the p16INK4a gene is increased in a delayed manner (approximately 8 weeks) following exposure to IR. It has not yet been investigated whether this delayed expression occurs in response to IR-induce damage of tissue homeostasis or as tumor suppression mechanisms. One objective of this thesis was to determine whether it was possible to modulate / inhibit the expression of p16INK4a in order to increase tissue regeneration without necessarily increasing the risk of cancer incidence. Indeed, this may be possible since p16INK4a-induced senescence is also irreversible in vivo. Our results demonstrated that the inhibition of p16INK4a expression in conditional-p16INK4a null mice , induces both an increase in tissue regeneration but unfortunately also an increase in the incidence of cancer. We also wanted to know the impact of the accumulation of these senescent cells on the tissues, more specifically on the function of the immune cells in the spleen. We have demonstrated that alterations (p16INK4a-dependent) within the splenic microenvironment can alter the intrinsic functions of macrophages, dendritic cells and T cells. In addition, the systemic elimination of p16INK4a positive cells (mouse model p16-3MR) has led to a partial restoration of the function of these immune cells. The combination of these data allows us to better understand the role and function of the p16INK4a gene in the irradiation-induced senescence process. Our results suggest that it is conceivable to use pharmacological agents such as senolytic compounds, capable of inducing apoptosis in senescent cells specifically, in order to potentially reduce the effects of premature aging induced by cellular senescence in cancer survivors.