1. UE « Longévité et vieillissement »
Paris Sud 11- UVSQ
Apoptose, sénescence et vieillissementApoptose, sénescence et vieillissement
des cellules de mammifères
Bernard MIGNOTTE
bernard.mignotte@uvsq.fr
Mai 2010
Ageing
• Ageing can be observed at
different levels:
– Organisms (body)– Organisms (body)
– Tissues
–Cells
–Molecules
Vieillissement des tissus
2 types de cellules
• Cellules post-mitotiques
– La plupart des cellules somatiques des animaux
relativement "simples" (drosophile, nématode)
• Cellules mitotiques ou potentiellement• Cellules mitotiques ou potentiellement
mitotiques
– Mammifères
– Permettent d'accroître la longévité en renouvelant le
tissu et permettent dans certains cas sa régénération
– Mais, susceptibles de perdre le contrôle de cette
prolifération et de conduire à des cancers
Ageing and cells
•The human body contains cells with different life
expectancies.
•Tissues like epidermis are renewed continuously
from dermal cells. The youth of such tissues depends
on the capacity of old or damaged cells to be
replaced by new cells.
•In contrast, neurons are programmed to survive the
lifetime of the individual and are seldom replaced.

2. Cell behaviors
Differentiation
Quiescence
(Reversible proliferation arrest)
Proliferation
(Cell division cycle)
Cell death
(Reversible proliferation arrest)
Senescence
(Irreversible proliferation arrest)
Tissues like epidermis are renewed continuously from dermal cells.
La sénescence
réplicative
• Sénescence cellulaire
• Sénescence mitotique• Sénescence mitotique
• Limite de Hayflick
• Mortality stage M1
1881 : August Weismann propose que les cellules somatiques des
animaux ont une capacité de division limitée. La mort survient lorsque
cette capacité est épuisée (pas de démonstration expérimentale).
"Death takes place because a worn out tissue cannot renew itself and
because the capacity for increase by means of cell division is not ever
lasting but finite"
Historique
1910 : Alexis Carrel (prix Nobel pour d'autres travaux en 1912) réalise
des cultures de fibroblastes de poulet. Il prétend maintenir ces cultures
pendant 34 ans (interruption volontaire).
"All cells in culture are inherently immortal; the lack of continuous cell
replication is due to ignorance on how best to cultivate the cells".
Carrel, A. & Ebeling, A. H. Age and multiplication of fibroblasts. J. Exp.
Med. 34, 599–606 (1921).
Conclusion qui devint un dogme: les cellules de vertébrés
peuvent se diviser indéfiniment en culture.
Conséquences: il est admis que le vieillissement n’est
pas le résultat d’un processus qui peut s’analyser àpas le résultat d’un processus qui peut s’analyser à
l’échelle de la cellule mais le résultat d’interactions
physiologiques entre les cellules au sein d’un tissu ou
d’un organe.

3. 1961 : Leonard Hayflick et Paul Moorhead
Publication refusée par Peyton Rous pour J. Exp. Med.
Hayflick, L. & Moorhead, P. S. The serial cultivation of
human diploid cell strains. Exp. Cell Res. 25, 585–621
(1961). citée 3500 fois
Culture primaire de fibroblastes humains
provenant de tissus embryonnaires
1/ prolifération rapide
2/ ralentissement de la prolifération
3/ arrêt de la prolifération irréversible
environ 50 doublements de population en culture
Sénescence réplicative
Limite de Hyflick
What do we mean by the term doubling and how areWhat do we mean by the term doubling and how are
cells culturedcells cultured in vitroin vitro??
One serial passageOne serial passage
or doubling of cellsor doubling of cells
Term is used to describeTerm is used to describe
replication going on in dishreplication going on in dish
La limite de Hayflick
D'après Shay JW and Wright WE. (2000) Nat Rev Mol Cell Biol., 1(1):72-76.
• Cette observation n’est pas spécifique des fibroblastes,
ni des cellules humaines, ni des cellules d’origine
embryonnaire:
• Même comportement pour des kératinocytes, des
cellules endothéliales, des cellules gliales, des
lymphocytes…
• Même comportement pour des cellules provenant• Même comportement pour des cellules provenant
d’autres mammifères mais aussi des cellules de poulet
• Même comportement pour des cellules provenant de
tissus adultes
Exceptions: cellules de la lignée germinale, certaines
lignées cellulaires, cellules cancéreuses (ces cellules
sont dites immortelles)

4. Morphologie
de fibroblastes
sénescentssénescents
Les cellules sénescentes sont :
- viables,
- élargies et aplaties,
- principalement bloquées en G1/G0,
- présentent une activité métabolique,- présentent une activité métabolique,
- peuvent être maintenues très longtemps en
culture,
- ont une sensibilité à l’apoptose modifiée
(diminuée ou augmentée).
Le potentiel de division ne
dépend pas du temps
• Si l'on congèle des cellules après 10
doublements, lorsqu'on les décongèle elle
effectuent environ 40 doublements.effectuent environ 40 doublements.
• Vrai pour les tissus embryonnaires et adultes.
Conclusion
Les cellules somatiques diploïdes ne peuvent réaliser
qu’un nombre limité de divisions cellulaires
La durée de la vie d’une cellule est déterminée par leLa durée de la vie d’une cellule est déterminée par le
nombre de divisions cellulaires qui ont été effectuées et
non par le temps chronologique passé en culture
Il existe donc une horloge mitotique

5. Certaines modifications
biochimiques sont caractéristiques
de la sénescence
• Les cellules perdent l'aptitude à répondre
aux facteurs de croissanceaux facteurs de croissance
• Le niveau d'expression de certains gènes
est modifié
• Apparition d'une activité SA-β-Gal
SA β-galactosidase à
pH6
(C) Early passage HCA2 cells; labeled, SA-β-Gal staining. An
unlabeled SA-β-Gal-positive cell is in the lower right.
(D) Senescent HCA2; labeled, SA-, β-Gal staining. A labeled SA-β-
Gal-negative cell is in upper left.
Marquage 3H-thymidine et SA-β-Gal
Dimri et al. (1995) Proc Natl Acad Sci U S A.,92 :9363-9367.
Sa-β-Gal in senescence, quiescence,
and terminal differentiation
Dimri et al. (1995) Proc Natl Acad Sci U S A.,92 :9363-9367.
Le ralentissement progressif de la croissance
cellulaire est du:
- à une accumulation progressive des
cellules incapable de répliquer leur ADN,
ETET
- non à une augmentation du temps de
divisions de chaque cellule de la
population.

6. La sénescence réplicative
participe-t-elle au vieillissement ?
• Des corrélations
Le nombre de divisions maximal in vitro
ou capacité proliferative
diminue avec l’âge du donneur
Age Divisions
5 days 55-65
5 months 46
9 years 3050
60
70
5 days
Number of
divisions
9 years 30
15 years 28
26 years 19
28 years 21
31 years 17
52 years 20
79 years 17
81 years 15
86 years 15
0
10
20
30
40
0 20 40 60 80 100 120
9
years
52 years
79 years
Number of days
Corrélation avec l'age du donneur
Suggère que les cellules de donneurs âgés ont épuisé une
partie de leur potentiel prolifératif
60
70
80
90
100
Le nombre de cellules non prolifératives
augmente avec l’âge du donneur
5 days 52 years 79 years
25 div 65 div 70 div 12 div 16 div 19 div 8,5 div 17 div
0
10
20
30
40
50

7. Corrélation avec le
longévité maximum de
l'espèce
•mitotic divisions of fetal fibroblasts are closely related to longevity of
species
• Les cellules de patients atteints de progéria effectuent un
nombre restreint de doublements en culture
Les cellules de patients atteints de
syndromes de vieillissement accéléré ont un
faible potentiel prolifératif
nombre restreint de doublements en culture
Ex : environ 10 pour des cellules de patients atteints du
syndrome de Werner contre 40 pour des individus non
atteints du même age (adolescents)
Le potentiel limité de prolifération
des cellules somatiques peut-il être
observé in-vivo ?observé in-vivo ?
Expériences de greffe
Question : peut on mettre en évidence des
cellules sénescentes dans les tissus agés ?

8. SA-β-Gal in human skin.
(C) Young dermis and epidermis. (-, x120; 38-yr-old female.)
(G) Old epidermis. (+ +, x 120; 73-yr-old female.)
(H) Old epidermis. (+ + +, x 120; 73-yr-old male.)
Dimri et al. (1995) Proc Natl Acad Sci U S A.,92 :9363-9367.
Certains tissus agés ont une activité SA-βGal
Etude de l'immortalisation pour
comprendre la sénescence
Le cas des cellules humaines
• Les expériences de fusion de cellules
• Le virus SV40 comme modèle
– Virus possédant un pouvoir immortalisant et
transformant
– Le produit de gène immortalisant est l'antigène T
Fusions de cellules
Cellule
"Jeune"
Cellule
"Vieille"
Cellule
"Mortelle"
Cellule
"Immortelle"
Hybride
"Vieux"
Hybride
"Mortel"
•Le phénotype "de sénescence cellulaire" est dominant.
•La capacité de division indéfinie est lié à une mutation
de type perte de fonction qui altère le contrôle normal de
la prolifération cellulaire.

9. Fusions de cellules
Cellule
"Immortelle" A
Cellule
"Immortelle" B
Cellule
"Immortelle" A
Cellule
"Immortelle" B
Hybride
"Mortel"
• Définition de groupes de complémentation
Hybride
"Immortel"
Même groupe de complémentationGroupe de complémentation différent
Groupes de
complémentation
4 groupes de complémentations mis en évidence (1988) - Groupes A, B, C et D
Pereira-Smith and Smith (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85, 6042-6046.
Localisation
chromosomique
• Les chromosomes portant les gènes "de
sénescence" ont été identifiés par des
expérience de transfert chromosomique
utilisant la technique de "microcell"utilisant la technique de "microcell"
Groupe C : chromosome 1
Groupe B : chromosome 4
Groupe D : chromosome 7
Groupe A : ?
MORF4, le gène du chromosome 4 impliqué a été identifié. Il code une
protéine qui appartient à une famille de facteurs de transcription.
Immortalisation par le virus SV40

10. Immortalisation par le virus
SV40
M1 = sénescence
M2 = crise
SV40
Nombrededoublements
M1 = sénescence
Freq: <10-7
Humain
Temps
Nombrededoublements
Antigène T
thermosensible
• Les cellules "post-crise" a temperature
permissive (33°C) prolifèrent indéfiniment.
• A température restrictive les cellules
cessent de proliférercessent de proliférer
– La prolifération peut être maintenue si on
expriment un antigène T sauvage, ou E1A et
E1B d'adénovirus, ou E6 et E7 de
papillomavirus.
Maintien de l'état immortalisé
• Rôle de
l'inactivation des
protéineprotéine
oncosuppressives
pRb et de p53
Rappel : mode d'action de pRb et p53 dans le contrôle du cycle cellulaire
Confirmé par d'autre approches (Anti-
sens etc…)
Rappel : liens entre la voie p53 et la
phosphorylation de Rb
p16INK4ap21Cip1
p53
Cdk4,
Cdk6
Cyclines D
Rb
E2F
Cycline E
SG1
Cdk 2

11. P16 et p21 appartiennent à la
famille des CKI (CDK Inhibitors)
• Deux sous-familles de CKI
– La famille Cip1
• p21 (p53), p27 et p57
•• Inactivent les complexes cycline-CDK
– La famille Ink4
• P15, p16, p18, p19
• Interfèrent avec la fixation des cyclines D sur la CDK
Pendant la sénescence ?
Protein levels
• Les niveaux de p53, p21 et p16
changent avant, pendant et après
l'induction de la sénescence
• Les niveaux de p53 et p21
augmentent pendant
l'instauration de la sénescencel'instauration de la sénescence
• Les niveaux de p16 augmentent
après l'instauration de l'état
sénescent
• Dans les cellules sénescentes
pRb est hypophosphorylé (actif)
même en présence de facteurs
de croissance
Action de p53/p21 et de p16 sur la
phosphorylation de Rb
L'expression de p21 ou p16 induit la sénescence
L'inactivation de p53 peut réverser la sénescence si p16 n'est pas exprimée
p16/pRb induit la formation de foyers d'hétérochromatine : irréversibilté ?
Quel est le signal qui active les
voies p53/p21 et p16/pRb ?voies p53/p21 et p16/pRb ?

12. 1971, Olovnikov: Les cellules perdent une partie de l’extrémité de leur
chromosomes à chaque cycle de réplication de l ’ADN.
Extrémités des chromosomes = télomères (telos = fin; meros = la partie)
1970: Séquence des télomères découverte chez Tetrahymena
Le rôle des télomères
1970: Séquence des télomères découverte chez Tetrahymena
(protozoaire cilié)
Séquences répétées riches en T et G:
Tetrahymena: TTGGGG
Vertébrés: TTAGGG
longueur moyenne: Homme 5-20kpb,
Souris 80 kpb.
The mitotic clock
Telomeres
http://www.laskerfoundation.org/awards/library/2006b_cit.shtml
Telomeres shorten as cells divide
Replication
TTGGGG
Replication
Replication
Replication
Telomerase allows telomere length
equilibrium maintenance
TR
Telomerase
TERT

13. Mesure de l’activité télomérase
Telomeres
(TTAGGG)n
23.1 ___
kb
Détermination de la longueur de téloméres
TRFs (Telomeric Restriction Fragments)
Step 1: DNA enzymatic digestion by HinfI
Number
of divisions
Subtelomeric
region HinfI
Number
of divisions
9.4 ___
6.6 ___
Step 2: Southern Blot
Hybridation with 32P-T2AG3 probe
La taille des télomères diminue avec l'âge
HSC 172 (fetal sample) F001 71 yr. old
(Harley, 1990)
Wide distribution of telomere length in
the human population
Valdes et al, (2005) Lancet 366, 662–664

14. La taille des télomères reflète l'histoire
réplicative in vivo
Exemple :
- les lymphocytes naïfs ont des TRF plus longs que les
lymphocytes à mémoire,
- Il y a un raccourcissement de la longueur des télomères in- Il y a un raccourcissement de la longueur des télomères in
vivo au cours du vieillissement
(10-200pb/an),
- e.g. fibroblastes de peau, cellules endothéliales du système
vasculaire.
Telomere length predicts mortality rate
Cawthon et al. (2003) Lancet 361,393-395
Nordfjall et al. (2005) 102, 16374–16378
Njajou et al. (2007) Proc. Natl. Acad. Sci. 104, 12135–12139
Peut on agir sur la sénescence
réplicative en empêchant le
raccourcissement des télomères ?
• Rappels sur la télomérase
• Effet de la réactivation dans les cellules ?

15. La télomérase : une ribonucléoprotéine
DEUX SOUS-UNITES
ESSENTIELLES :
- Une protéine, la sous
unité catalytique,
hTERThTERT
- Un ARN, hTR,
contenant une
séquence
nucléotidique
complémentaire de
celle des
télomères
Rappels sur la
télomerase
• Activité absente dans les cellules différenciées
• Présente dans les cellules germinales et les
cellules souches
– Intestinales– Intestinales
– Hématologiques
– Cutanées
• Activité présente dans 85-90% des cancers
humains
• Les autres maintiennent des télomères par un
mécanisme alternatif (ALT)
LES TELOMERES :
UNE HORLOGE MITOTIQUE
- la taille des télomères constitue une horloge
mitotique limitant la capacité proliferative lorsque
certaines fonctions télomèriques sont perdues,certaines fonctions télomèriques sont perdues,
- il existe une très bonne corrélation entre la taille
des télomères et la capacité proliferative in vitro.
Expression de hTERT dans des
fibroblastes humains
La surexpression de la sous-unité catalytique de la télomérase
accroît le potentiel prolifératif des fibroblastes humains

16. Télomères et syndrome de vieillissement accéléré
Peut on remédier à ce défaut ? Cas des cellules WRN-
Werner’s cellular phenotype reversed
by telomerase expression
Dermal fibroblasts transformed with TERT (telomerase)
continue dividing, Werner’s cells typically stop
dividing at 20 population doublings.
Quel est le lien entre le
raccourcissement des télomères et
les voies pRB et p53 ?
• La structure des télomères et les• La structure des télomères et les
conséquences du raccourcissement
• Quel est le signal entre le
raccourcissement et l'activation des voies
p53 et pRb ?
In most somatic tissues (devoid of telomerase), as
cells divide telomeres shorten
Telomere and Senescence
Chromosomal DNA
Telomere repeat DNA sequence
Short telomeres constitute a signal for cells to senesce (stop dividing)
Senescence

17. Structure
des
télomères
O’Sullivan and Karlseder (2010) Nature Rev. Mol Cell Biology, 11, 171-181
- Le complexe
Shelterin maintient
l’intégrité structurale,
empêche les fusions
et les associations
chromosomiques.
Effet de la surexpression
de TRF2
TRF2 retarde l'entrée en sénescence
TRF2 diminue le "senescence setpoint"
(longueur télomérique à la sénescence) de 7 à 4
kilobases.
TRF2 protège les très court télomères desTRF2 protège les très court télomères des
fusions chromosomiques et réprime les fusions
chromosomiques dans les cellules
présénescentes
Ce n'est pas la longueur des télomères mais leur
structure qui provoque l'entrée en sénescence
Karlseder et al. (2002) Science 295, 24446-2449.
Effet d'une perte de
fonction de TRF2
O’Sullivan and Karlseder (2010) Nature Rev. Mol Cell Biology, 11, 171-181
Télomères et sénescence
Gire V. (2005) Médecine/Sciences, 21212121, 491-497.

18. Telomeres
shortening
activates the DNAactivates the DNA
breaks response
pathway
From Gire V. (2005) Médecine/Sciences, 21212121, 491-497.
DNA ends recognized as DNA breaks
P53 protein activation
Senescence
Mechanism of p53
turnover
Meek DW., Nat Rev Cancer. 2009 Oct;9(10):714-23.
DNA damage response signalling
pathways target p53 and its key
regulators.
Meek DW., Nat Rev Cancer. 2009 Oct;9(10):714-23.
Immortalisation “spontanée” et
longueur des télomères
Cellules somatiques
perte observée :
50 bp/div (in vitro)
15 bp/an (in vivo)
Stewart and Weinberg (2006) Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 22:531–57
Télomérase inactive

19. Deux étapes limitantes à l'immortalisation
• Sénescence M1
– Raccourcissement des télomères
– Pas de mort cellulaire, mais pas de mitose
– Reprise de la prolifération en cas de mutation de Rb
et de p53et de p53
ou inhibition par antigène T de SV40
• Crise M2
– Forte mortalité cellulaire
– Forte réduction des télomères : fusions
chromosomiques, instabilité, forte apoptose
Telomere length dictates
entrance into crisis
Stewart and Weinberg (2006) Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 22:531–57
Il existe aussi des mécanismes indépendant des télomères
CONDITIONS DE CULTURE IN VITRO
ET
VIELLISSEMENT PROLIFERATIF
Il existe aussi des mécanismes indépendant des télomères
qui déclenchent prématurément un arrêt de la réplication :
M0 ou sénescence prématurée ou sénescence induite par
les stress ou sénescence extrinsèque
Stress-Induced Premature
Senescence (SIPS)
• Cells exposed to free radicals (reactive oxygen
species, ROS) and other environmental
stresses (UV light, gamma-irradiation …) also
enter a senescent program
Telomere shortening
Oxidative stress,
UV light
Cellular senescence
P53 protein activation

20. Deux types de sénescence
Itahana et al. (2004) Biogerontology 5: 1–10.
Chez les rongeurs
• Pas d 'analyse génétique
• L'immortalisation est beaucoup plus facile.
Immortalisation des cellules humaines et de rongeurs
Echappement au processus de senescence réplicative, acquisition d’un potentiel
prolifératif illimité.
M1
M2
SV40
Télomérase
Nombrededoublements
SV40
Nombrededoublements
M1: Stage of mortality 1 / M2: Stage of mortality 2
M1
Freq: <10-7
Humain
Temps
Nombrededoublements
M1
Freq: <10-7
Rongeurs
Temps
Nombrededoublements
Lab strains of mice have very long
telomeres.
30-40kb telomeres.
• Tert knock-out mice:
Telomeres in mice
• Tert knock-out mice:
– Normal for four generations as their
telomeres shorten,
– Premature aging phenotypes present in
the 5th and more generation.

21. Telomerase knockout mice with dysfunctional
telomeres develop premature ageing
Sahin & DePinho (2010) Nature 464 520-528.
La sénescence des fibroblastes embryonnaires de souris (qui possèdent
l’activité télomérase) en culture (conditions classiques: 20% O2) est le
résultat de l’action du stress oxydatif à l’origine d’importants dommages
dans l’ADN. En conditions modifiées (3% O2, « physiologiques »), il y a un
retard important de la sénescence ou absence de sénescence.
Chez la souris la sénescence réplicative est
due à un stress oxydatif
Parinello et al,
(2003) Nature Cell
Biol. 5, 741-747.
Pour des fibroblastes humains, on peut retarder l’entrée en sénescence en diminuant le %O2 utilisé pour
la culture.
20% O2
MEFs p53-/- ; 20% O2: pas de sénescence
MEFs Rb-/- ; 20% O2: sénescence
Chez la souris, la voie p53 est la voie qui répond au stress oxydatif dans les
MEFs.
Chez la souris la sénescence réplicative est
due à un stress oxydatif
MEFs.
Pour des fibroblastes humains, on peut retarder l’entrée en sénescence en
diminuant le %O2 utilisé pour la culture (effet sur les télomères ?).
Induction de la
sénescence
Lombard et al (2005) Cell 120, 497-512

22. Senescent cells and Ageing
Campisi (2005) Cell, 120, 513–522.
With age, senescent cells secrete degradation enzymes
and inflammatory molecules, which can disrupt the tissue
structure and consequently alter tissue functionality.
Rôle du vieillissement: aucun.
Gènes qui contrôlent le vieillissement sont sélectionnés pour leur effet
bénéfique au stade précoce de la vie et ont des effets délétères
tardifs.
Théorie de la pléïotropie antagoniste
Sénescence réplicative et viellissement
(Medawar, Kirkwood)
Exemple: Sénescence réplicative
Sélection naturelle: inhibition des cancers.
Effet secondaire: limitation du renouvellement des cellules
(vieillissement des tissus), sécrétion de protéases et de médiateurs de
l'inflammation...
Idées (trop?) simple :
- p53 protège des
cancers mais contribue
au vieillissement
- la télomérase est- la télomérase est
oncogène mais pourrait
être un facteur de
longévité
P53 et longévité
Survival curves for p53 -/-, -/+ and +/+ mice

23. Effet de l'expression d'une
forme tronquée de p53
hyperactive
Maier et al. (2004) Genes & Develoment 18:306–319
Mais…
ARF
MDM2
Etude de souris Mdm2puro/∆7–12 (un allèle hypomorphe
et un allèle nul de mdm2 : niveau de MDM2 30% de
celui des souris sauvages.
Les souris sont petites, lymphopéniques et
radiosensible et sont "cancer resistant" : p53 est
hyperactif
Mendrysa et al. (2006) Genes & Develoment 20:16–21
p53
Senescence/
apoptose
hyperactif
Tous les tissus ont des niveaux élevés de p53
Tous les phénotypes sont supprimés par la délétion du
gène p53.
Modéle d'étude des conséquences d'une
augmentation de l'activité de p53 sur la progression
tumorale et le vieillissement
Effet de la diminution de l'activité de
MDM2
ARF
MDM2
Mendrysa et al. (2006) Genes & Develoment 20:16–21
p53
Senescence/
apoptose
Effet de l'hyperactivité de la voie
ARF/p53
ARF
MDM2MDM2
p53
Senescence/
apoptose
Etude de souris transgèniques possédant une copie supplémentaire des
gènes Arf et p53 sous le controle de leur propres séquences régulatrices
Sans tenir compte des souris ayant des
tumeurs

24. Decreased
oxidative damageoxidative damage
in s-Arf/p53 mice
Matheu et al. (2007) Nature 448, 375-379
The Arf/p53 pathway in cancer and
aging
- des niveaux basaux de p53 activent des gènes antioxidants
- p53 et mitochondries ?
Matheu et al. (2008) Cancer Res. 68, 6031-6034.
Dans contexte "cancer
resistant", peut-on
étudier l'effet de laétudier l'effet de la
télomérase sur le
vieillissement et la
longévité ?
Telomerase Reverse
Transcriptase Delays
Aging in Cancer-
Resistant Mice
Plus résistantes au dextran : barrière
Tomàs-Loba et al. (2008) Cell 135, 609–622
Plus résistantes au dextran : barrière
intestinale
Moins de marquage γ-H2AX : moins de
cassures de l'ADN
Absence de marquage γ-H2AX
télomérique
Maintien du taux d'IGF-1 dans le sérum

25. Increased Longevity of
Sp53/Sp16/SArf/TgTert
MiceMice
Tomàs-Loba et al. (2008)
Cell 135, 609–622
Mitochondries, EAO, apoptose
et longévitéet longévité
Mitochondrial Theory of Aging: Does ROS
Generation Initiate a Vicious Cycle?
•Harman D. (1956)
"Aging: a theory based on free radical and
radiation chemistry".
J. Gerontol. 11:298–300.J. Gerontol. 11:298–300.
•Miquel J., Economos A. C., Fleming J., Johnson
J.E. Jr. (1980)
"Mitochondrial role in cell aging".
Exp. Gerontol. 15:579–591.
Voies extrinsèques et intrinsèque
d'activation des caspases
G. Kroemer, L. Galluzzi and C. Brenner (2007), Physiol Rev 87: 99–163.

26. "The superoxide
dismutase inhibitor
diethyldithiocarbamatediethyldithiocarbamate
triggers bax
relocalization and
cytochrome c release".
A. Dumay et al. (2006) Free Radical
Biol. Med. 40, 1377-1390.
La catalase adressée à la mitochondrie
accroît la longévité
E. Schriner et al. (2005) Science, 308, 1909-1911
Des mutations ponctuelles ou des délétions de l’ADN
mitochondrial s'accumulent au cours du vieillissement chez
l’homme.
Ces mutations sont hétéroplasmiques (il existe des
Les mutations de l'ADNmt sont elles
impliquées dans le vieillissement ?
Ces mutations sont hétéroplasmiques (il existe des
copies normales de l’ADNmt et quelques copies
comportant ces mutations).
Elles touchent qu’une très faible proportion de l’ADNmt
total (0,01 à 0,1 %)
Leur implication dans les processus de vieillissement a
été très controversée.

27. Création de souris déficiente pour l'activité 3'-5'
exonuclease nécessaire pour leur activité proof-
reading lors de la synthèse de mtDNA
Jusqu’à 25 semaines,
âge du jeune adulte,
les souris sont
parfaitement
normales,
Trifunovicet al. (2004) Nature 429, 417-423.
normales,
On voit apparaître
ensuite une cyphose
majeure et une
alopécie.
Expérience de Knock-in DNA polγ D257A
Expérience de Knock-in DNA polγ D257A
Trifunovic et al. (2004) Nature 429, 417-423.
On observe aussi une diminution du tissu adipeux, une
ostéoporose, une anémie, une hypertrophie cardiaque ainsi
qu'une réduction importante de la fertilité chez les mâles et
les femelles au-delà de 20 semaines.
Les mutations de l'ADNmt
influencent-elles le taux
d'apoptose ?d'apoptose ?
Création de souris déficientes pour l'activité 3'-5'
exonuclease nécessaire pour leur activité proof-
reading lors de la synthèse de mtDNA
Kujoth et al. (2005), Science 309, 481-484.

28. Augmentation
du taux
d'apoptose
Kujoth et al. (2005), Science 309, 481-484.
Marquage TUNEL
On n'observe
pas
d'augmentation
Kujoth et al. (2005), Science 309, 481-484.
d'augmentation
des marqueurs
du stress
oxydatif
Mais…

29. Le débat est-il clos ?
• In the exonuclease-deficient mice, mutations apparently
find their origin in polymerase errors early in life, with not
much further accumulation at older ages. By contrast, in
normal mice, mtDNA mutations are rare in early life but
accumulate exponentially during aging, possibly as a
result of oxidative damage (this may not be true forresult of oxidative damage (this may not be true for
humans). Hence, mtDNA mutations in mutator and
normal mice may affect different types of cells (for
example, mitotically active versus oxidatively stressed),
and the lack of a phenotype in the heterozygous
exonuclease deficient mice may simply reflect the failure
to hit the right cell types at the right time.
Khrapko & Jan Vijg (2007) Nature Genetics 39, 445-446
Do we age like mice?
• Certain types of mtDNA mutations, such as large deletions
appear to be particularly important for human aging (for
example, in the substantia nigra). Patients with inherited
defects in the polymerase domain of the mitochondrial DNA
polymerase (which result in increased levels of mtDNA
deletions) suffer from neurodegeneration in the substantia
nigra and Parkinsonism.nigra and Parkinsonism.
• It is possible that the functional impact of mtDNA mutations
in mice is different from that in humans. mtDNA mutation
frequencies lower than the ones found to have no adverse
effects on the Polgmut/+ mice have been associated with
defects in mitochondrial oxidative phosphorylation in colonic
crypts of aged humans. Hence, even if mtDNA mutations
are irrelevant for mouse aging, they may still be causally
related to human aging.
Khrapko & Jan Vijg (2007) Nature Genetics 39, 445-446

30. Rôle de l'apoptose dans le
vieillissement
• Les mutations de l'ADNmt contribuent-
elles à la mort de cellules post-
mitotiques?
• L'apoptose, contribue-t-elle au• L'apoptose, contribue-t-elle au
vieillissement de tissus post-mitotiques ?
• Comme la sénescence, limite-t-elle la
capacité de renouvellement des
tissus composés de cellules
prolifératives?
Un rôle pour la
télomérase dans lestélomérase dans les
mitochondries ?
TERT overexpression does not
maintain telomere length under
hyperoxia
Ahmed et al. (2008) J Cell Sci.
121,1046-53.
Telomerase is
excluded from
the nucleus
under oxidative
stress andstress and
colocalises
with
mitochondria
Ahmed et al. (2008) J Cell Sci.
121,1046-53.

31. TERT overexpression protects mitochondrial
DNA integrity and mitochondrial function
under oxidative stress
Frequency of
lesions in mtDNA
Mitochondrial
superoxide
generation
Cellular
peroxide
levels
Ahmed et al. (2008) J Cell Sci.
121,1046-53.
TERT overexpression
improves resistance against apoptosis.
La protection des mitochondries dans des conditions de stress modéré : une
nouvelle fonction de la télomérase ?
Participe-t-elle au vieillissement ?
Ahmed et al. (2008) J Cell Sci.
121,1046-53.