Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de...

40

Transcript of Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de...

Page 2: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

Le vieillissement est :

Quelques caractéristiquesuniverselintrinsèqueprogressifnuisibleirréversible

Il est

présent dès la naissance

graduel et insidieux

processus évolutifprocessus normal

Vieillissement =

Page 3: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

Généralités

Définition– vieillissement normal = ensemble des processus

moléculaires, histologiques, physiologiques et psychologiques accompagnant l’avancée en âge

Le vieillissement amène à :– diminution du nombre de cellules– dérèglement des cellules restantes

perturbations de :certaines structures de la cellulecertaines fonctions cellulaires la composition cellulaire

– remplacement ralenti des cellules– (hypertrophie des cellules de pigmentation)

Page 4: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

Vieillissement visible : pigmentation

Lipofuscine– Pigment du vieillissement qui prendla forme de petits amas de granulesbruns ou jaunâtres– accumulation dans la cellule– met en péril le fonctionnement cellulaire– principalement retrouvée dans le cerveau et le myocarde

chez la personne âgée

Vieillissement cellulaireaussi une hypertrophie des cellules de

pigmentation.

Lentigo sénile : taches brunes

(hyperpigmentation) dans les régions

du corps exposées (dos de la main)

Page 5: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

Vieillissement cellulaire : questions

Les faits– Cellule humaine : capacité de reproduction limitée

50 fois (± 10 fois)– Perte graduelle importante

de cellules : de 30% entre 20 et 70 ans

4 questions1) Quelles sont les structuresnécessaires et suffisantes pourcréer(et maintenir) la viecellulaire ? formes primitives de

vie (exemples : mycoplasme)

Connaître ces structures, c’estaussi connaître l’indispensable qui doit être préservé

les 3 propriétés fondamentales du vivant- Autoreproduction (croissance, proliférat°, différenciat°)- Autorégulation- Assemblage moléculaire

Page 6: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

suite

2) Quelles sont les atteintes organiques cellulaires ?

3) Quels sont les facteurs affectant ces structures ?Facteurs intracellulaires ?

Facteurs extracellulaires ?

4) Existe t-il des théories unicistes du vieillissement ?

Théories du vieillissement des cellules

non génétiquesgénétiques

Page 7: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

Théories non génétiques

Composants cellulaires concernés– Membranes– Mitochondries– Protéines

Théories– Théorie de l’usure– Théorie de la limite de prolifération– Théorie des radicaux libres

• membranes• mitochondries• protéines

Page 8: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

Le corps humain est comme une voiture

Théorie de l’usure

Accumulation traumas ordinaires et agressions de la vie quotidiennediminution de l'efficacité de l'organisme

usure des cellules (et organes)

des années de fonctionnement

des processus préprogrammés : horloge biologique

une quantité d’énergie préprogrammée

Page 9: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

suite

Analogie avec réaction face au stress

Si le stress persiste, l’organisme entre dans un état d’épuisement qui est comparable à la situation de sénescence due à l’usure

Mais– milieu protégé n’évite pas le vieillissement

– usure : conséquence ou cause du vieillissement

– théorie trop éloignée des mécanismes moléculaires

Réponse physiologique au stress

Réaction d’alarmeRésistance

Epuisement

Jeunesse Adulte Sénescence

Page 10: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

Prolifération cellulaire– Il existe un potentiel de divisions cellulaires limité

et proportionnel à la longévité de l’espèce, suggérant une programmation de la durée de vie de l’individu

– Types cellulaires selon vitesse de renouvellementCell. post mitotiques : neurones

cellules à renouvellement faible ayant l’âge de l’organe auquel elles appartiennent

Cell. intermitotiques : hépatocytesCell. mitotiques : fibroblastes – lymphocytes – entérocytes

cellules à renouvellement rapide proportionnel à la longévité

Limite de proliférationcellulaire – théorie de Hayflick

Page 11: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

suite

Mécanisme de sénescence : ex du fibroblaste– Fibroblaste in vitro : division un nombre limité de fois.

– au delà, “crise” pas d’entrée dans cycle mitotique

= sénescence ou phase G0 définitive 2 possibilités

mort rapide par apoptose

“échappement” : fibroblastes ayant subit une transformation.

– Caractères : ● Crise et sénescence s’accompagnent de modifications oncogéniques (approchedes relations vieillissement/cancer)

• Sénescence in vitro peut expliquer en partie le vieillissement in vivo

• Nbre de cycles cellulaires

– avec l’âge du donneur

– dans les maladies avec un vieillissement précoce

théorie de Hayflick

Page 12: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

suite

–Evolution des fibroblastes :• phénotypes ≠ (hétérogénéité

fonctionnelle)

– Phénotypes mitotiques

– Phénotypes post-mitotiques ou sénescents

• conditions environnementales (nutrition, stress, etc) modifient expression et pourcentage relatif des différents phénotypes

20 passages 55 passages

Page 13: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

suite

– Crise = état transitionnelaccompagné de changements1) impossibilité des cellules à proliférer

avec non franchissement du pointStart et entrée obligée en G0

- d’expression de jun/fos,

- inversion d’expression des cyclines E et D

2) moindre capacité de réparation ADN

- d’expression de p53

3) risque simultané de transformationet/ou cancérisation

- d’expression de p53

- surexpression constitutive de myc et ras

D E

Page 14: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

Nbre de divisions des fb.

Age maximum

Rat ~ 10 3.5 ans

Homme ~ 50 120 ans

Tortue des

Galapagos~110 200 ans

suite

Fibroblastes

sénescents

normaux

Cellules non concernées cellules cancéreuses cellules germinales cellules souches

potentiel de divisions cellulaires limité et proportionnel à la longévité de l’espèce suggèrant une programmation de la durée de vie de l'individu

Page 15: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

Statut redox et vieillissement

Définitions– Radicaux libres (ROS)

• molécules instables (radicaux) apparaissant comme produits secondaires lors du métabolisme de l’oxygène (++)

• nbre impair d’e- (radicaux superoxyde, hydroxyle)

– Anti-oxydants• enzymes de défense (SOD, catalase)• systèmes généraux = scavengers (tocophérol, vitamine C…)

– Stress oxydant : déséquilibre de la balance entre radicaux libres et anti-oxydants

Théorie radicalaire du vieillissement– Accumulation des désordres (effet cumulé)– Conséquences sur composants cellulaires

Page 16: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

6 ROS en rouge4 Enzymes antioxydants en vert

Radicaux libres (ROS) et antioxydants

suite

Page 17: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

ROS ou EAO

Chimie du stress oxydantConséquences

Protéinesoxydation de certains groupts fctdes chaînes latérales des aa

atteinte fonctionnelle

MembranesOxydation des ac gras insaturés au niveau de , peut - modifier angulation- provoquer coupure

suite

Acides nucléiquesdénaturation ADN

conséquences sur replication & transcription cassures chromosomiques

Page 18: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

suite

Vieillissement et membranes–Attaques radicalaires

• Bicouche phospholipidique– Diminution de la fluidité et rigidification fragilité, perte

de fonctionnalité

(Nota : cholestérol et vieillissement pathologique : cancer/ maladies CV...)

• Protéines membranaires : récepteurs hormonaux, transporteurs, etc

– ↓ capacité = ↓ en nombre

– ↑↓ affinité ?

Page 19: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

suite

Vieillissement et mitochondries– Mitochondrie

• siège de phosphorylation oxydativede pdtion ATP

• ADN circulaire

– Modifications au cours du vieillissement• Diminution phospholipides et cholestérol membranaires

– protéines très présentes dans membrane mitochondriale

naturellement moins stable que autres membranes

– diminution des phospholipides fragilité

• Diminution des entités F0 et F1

– F0 et F1 : sous unités de l’ATP synthase

– réduction nombre de F0 et F1 de production d’ATP

Page 20: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

suite

– Modifications au cours du vieillissement (suite)• Transfert passif de H+ : du gradient électro-chimique

– fragilité membrane mitochondriale interne

rétro diffusion passive des protons, donc diminution de la ddp générée par le gradient de proton.

diminution capacités fonctionnelles de la mitochondrie

• Mutations de l’ADN mitochondrial– effet direct des radicaux libres : mutations somatiques

de ADN mitochondrial (gènes de la chaîne phosph oxyd)

• Production de radicaux libres par la mitochondrie risque de mutations de ADN nucléaire

dénaturation des autres constituants cellulaires (peroxydation lipidique des membranes, dénaturation protéique, etc)

Page 21: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

suite

ATP produitRupture du dialogue

mitochondrie / noyau

Perturbation du métabolisme cellulaire

ROS produits par mitochondries

Atteinte du contenu nucléaire par ROSaffecte synthèse protéines

Mort cellulaire

Atteinte des enzymes de la chaîne respiratoire par ROS- potentiel membraneAtteinte de mtDNA

– Théorie « oxphos »• Processus auto entretenu de vieillissement mitochondrial

Page 22: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

En résumé

Données expérimentales en faveur du stress oxydant au cours du vieillissement

Cibles majeures : ADN ; membranes ; mitochondries

Applications médicales potentielles– Evaluation de marqueurs circulants

– Lipides modifiés : isoprostanes

– Protéines carbonylées

– Dérivés d’acides aminés

– 8 hydroxydésoxyguanosine

• Etudes comparatives nécessaires

– Thérapeutiques anti-oxydantes (vitamin A, C, E…)

Mais cause ? ou conséquence ?

Page 23: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

Protéines et vieillissement

Rôle primordial des protéines dans la vie cellulaire

Hypothèses1.Modification des protéines : fragilité des protéines

vis à vis des agressions par l’environnement• Oxydations pontages entre chaînes

2.Diminution de synthèse de protéines essentielles

Protéines concernées– MEC : collagènes, élastine– Cellules : HSP, facteurs

Page 24: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

suite

Modification des protéines–Glycation (R° de Maillard) réaction spontanée

ne nécessite pas d’énergie réaction entre sucres (−CHO) et fonctions amines

base de Schiff (réversible)puis réarrangement

irréversiblement des composés polycycliquesreliant plusieurs chaînespeptidiques

Page 25: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

suite

– Conséquences épaississement des lames basales

– tous les tissus – rein ++ (modifications structurales semblables au cours

de la plupart des diabètes, ce qui explique que le vieillissement prématuré au cours du diabète insuffisance rénale)

collagène particulièrement sensible à ces pontages fibrose

– exemples : artériosclérose : durcissement des fibres de collagène

des paroi des vaisseaux, + dépôts de sels de calciumcataracte : glycation pontage des fibres du cristallin le

rendant opaque.

Page 26: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

suite

Diminution de synthèse protéiqueGénéralement, vieillissement sous expression

– transcriptionnelle (ARNm) synthèse des protéines correspondantes altérée :

• modification quantitative de l’expression (exemple de la SOD, HSP…)

• modifications qualitatives (- fréquent)

– traductionnelle, plus rare : apparition de dérèglements du mécanisme ribosomal

• facteurs associés à la traduction, tel EF1, modifiés, baisse de rendement traductionnel

jours%

de v

aleur

ini

tial

e

Expression de EF1 chez Drosophile

Page 27: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

suite

Schéma

Lésions causés par les radicaux libreset pontages entre protéines et lipides

Diminution du potentiel

transmembranaire

Accumulation de déchets ; augmentation du potassium intracellulaire

Perte d’eau intracellulaire ;Concentration

intracellulaire

activités enzymatiques des synthèses

d’ARN & de protéines

ROS

Page 28: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

Métab.O2

ADN

Mitochondries

Lipides

MembranesProtéines

PdtionATP

Vieillissement&

Dommages

moléculaires

Aspects non génétiques : conclusion

Importance du stress oxydatif dans le vieillissementCompatible avec dommages présentsCompatible avec autres théoriesNon discutable au plan scientifique Largement documenté

Quelle est sa place exacte ?

Page 29: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

Aspects génétiques

Pourquoi des facteurs génétiques du vieillissement ?– durée de vie constante et spécifique des espèces animales

(drosophile ≈ 1 mois, souris ≈ 3 ans, homme ≈ 115 ans)– formes génétiques de vieillissement accéléré (progéria, trisomie 21)

– effets de manipulations génétiques sur la longévité • nématode C. elegans (voie Daf 16) • drosophile (gène de la superoxyde dismutase)

– relation entre certains processus de réparation de l’ADN et longévité de l’espèce (espèces vivant longtemps capacité à réparer l’ADN)

– existence de caractères héréditaires • durée de vie des jumeaux homozygotes ( moyen de longévité entre

faux jumeaux 2 fois plus grand que entre vrais jumeaux)• différence de fréquence de certains génotypes chez les centenaires

(allèle 4 de l’apolipoprotéine E moins fréquent chez centenaires, probablement parce qu’il représente un facteur de risque vasculaire et un facteur de risque de démence)

Page 30: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

suite

Théories génétiques du vieillissement– théorie des mutations somatiques

– théorie de l’accumulation d’erreurs = déficit en réparases

– théorie de la réduction télomèrique

– théorie du vieillissement programmé

Page 31: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

Mutations somatiques

Théorie= théorie de l’usure appliquée aux gènes

– Exposition aux toxines accumulation de mutations

– Nombreux dommages au niveau cellulaire• protéines défectueuses

– Mais• vieillissement est toujours identique

• cibles atteintes sont très diverses d’une cellule à l’autre

Page 32: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

Déficits en réparases

Transversion de 8-oxo-guanine Système de réparation Mut

Schéma général LESION ADN EXCISION REPARATION

– Action des radicaux libres mutations ponctuelles ADN • 8-oxo guanine (très fréquente) risque de transversion,

(remplacement ultérieur d’une paire GC par AT)• 5-hydroxy cytosine

Réparases spécifiques • Système de protection MUT (Mut M, Mut Y et Mut T)

– Vieillissement : ↓ expression des réparases↑ des cancers

Page 33: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

Réduction télomérique

Hypothèse– ADN linéaire pose le problème de la terminaison

des extrémités, notamment brin indirect

– A chaque division cellulaire, pertes de séquences réduction de longueur du télomère jusqu’à

l’arrêt de la division cellulaire• télomère trop court ralentissement de la division qui

s’arrête et finalement mort cellulaire

– Cellules immortelles (cellules cancéreuses, cellules germinales) : capacité de produire une télomérase qui permet l’ajout de nouvelles séquences télomériques prévenant ainsi leur raccourcissement

– Longueur du télomère pourrait donc déterminer la longévité de la cellule.

Page 34: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

suite

– Exemple des fibroblastesCycles réplicatifs successifs :

expression de la télomérasediminue progressivement

télomères de + en + courts

A terme réduction télomérique incompatible avec poursuite de viabilité cellulaire normale

A contrario pour les quelques fibroblastes qui persistent après la crise : réexpression de la télomérase

+

+ +

Page 35: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

suite

Taille des télomères et âge– leucocytes

Clonée en 1996 (à partir d’une cellule mammaire d’une brebis de 6 ans)

ADN typique de cellules âgées

Euthanasiée en 2003, six ans trop tôt (vieillissement précoce)

Dolly

Page 36: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

Vieillissement programmé

Théorie– Hypothèse : vieillissement phase normale de la

vie “codée” génétiquement

fécondation

embryogenèse

puberté

maturation maturité

vieillesse & sénescence

mort

évènements successifs sous la dépendance d’un ou plusieurs gènes gènes exprimés ou non pour réguler et contrôler ces phases quand tous les gènes ont été utilisés mort cellulaire

Page 37: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

suite

– Exemple : trisomie 21 ou syndrome de Down

modèle humain de vieillissement accéléré• Caractères qui évoquent vieillissement

– Vieillissement cutané et cataracte sénile précoces ; dystrophie des phanères

– Ménopause précoce, etc.

– Involution thymique néo-natale (normalement > 10ans)

– SNC : dépôts amyloïdes et plaques séniles

déficit en ACh,

dégénérescence neurofibrillaires des cell. pyramidales

– Biologie cellulaire

» Fibroblastes : modifications synthèse protéique,diminution capacité de réplication (40 passages seulement),

augmentation du temps de cycle et de doublement.

Page 38: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

suite

• Hypothèse– gènes impliqués au cours du vieillissement sur Xsome 21

» superoxyde dismutase (SOD)» protéine APP (précurseur de la protéine amyloïde)» protéine S100,» + région DCR (Down syndrom Chromosome Region)

• Gènes du vieillissement et chromosome 21– 2 modèles expérimentaux

» Cellules transfectées avec gènes du Xsome 21» Souris transgéniques

– Surexpression de la SOD : vieillissement précoce

accumulation toxique de H2O2 dans trisomie 21

– Surexpression du gène APP

» précurseur de la protéine amyloïde par protéolyse anormale

lésions de type Alzheimer chez la souris transgénique

Page 39: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

Aspects génétiques : conclusion

Gènes du vieillissement ?– Caractère dominant ? caractère récessif ?– Plusieurs chromosomes ? Plusieurs gènes ?– Spécificité des gènes et des mécanismes impliqués ?

– Certes des gènes spécifiques : gène APP, SOD, etcmais alors conversion vieillissement normal pathologique

Plus généralement il faut rechercher au cours du vieillissement,

– Dérégulation des mécanismes géniques ubiquitaires =dérégulation des cascades oncogéniques

• Contrôle du cycle cellulaire : cyclines *• Contrôle de la mutagénèse somatique : p53, pRb *• Télomérase et hypothèse télomérique

Page 40: Le vieillissement est - popcorner-developpement.fr · – Cellule humaine : capacité de reproduction limitée 50 fois (± 10 fois) – Perte graduelle importante de cellules : de

Conclusion

Environnement Radicaux libres ROSExercice ; régime

naissance

vieillesse

Gènes nucléairesmitochondriaux

Machinerie génétique

Pourquoi vieillissons-nous ?Pourquoi vivons-nous aussi longtemps ?Pourquoi mourrons-nous ?