Mécanismes Biologiques des Altérations du Tissu Osseux

Cellules osseuses
Autophagie
Vieillissement
Ostéoporose
Syndrome de Rothmund-Thompson
Ostéosarcome
Métastases osseuses
Cellules souches cancéreuses
Microenvironnement
Uranium naturel
Capteurs RFID implantables
E-santé préclinique

Autophagie

L'autophagie est un processus qui permet la dégradation et le recyclage du matériel cellulaire endommagé. Lors de ce processus, du matériel cytoplasmique est inclus dans une structure à double membrane appelée autophagosome puis dégradé après fusion avec le lysosome.

Nous nous intéressons au rôle de l'autophagie dans l'ostéoblaste, cellule chargée de la production et minéralisation de la matrice osseuse, en conditions physiologiques normales ou pathologiques (vieillissement normal, ostéoporose, cancer).

Rôle de l’autophagie en conditions physiologiques normales

En utilisant un modèle de souris possédant une inactivation du gène essentiel de l’autophagie Atg5 spécifiquement dans l’ostéoblaste, nous avons montré que l’autophagie joue un rôle essentiel dans ces cellules en participant directement à la minéralisation et indirectement à l’équilibre de la balance formation-résorption. Un défaut d’autophagie dans l’ostéoblaste induit en effet une augmentation du stress oxydatif, une diminution de la formation osseuse et une stimulation de la résorption.

Autophagie & Vieillissement

Nous avons ensuite mis en évidence que l’autophagie diminue avec l’âge et pourrait donc être un facteur impliqué dans l'ostéoporose. Nous avons également montré chez la souris qu’un défaut d’autophagie dans les ostéoblastes aggrave le phénotype osseux induit par l’âge et la diminution des œstrogènes. Un projet clinique, réalisé avec le service de Rhumatologie (Pr Breuil, CHU Pasteur 2, Nice) est actuellement en cours pour obtenir une preuve de ce déclin de l’autophagie dans l’os chez l’Homme, ce qui ouvrirait la voie à de nouvelles approches thérapeutiques pour l’ostéoporose.

Autophagie & Ostéosarcome

L’ostéosarcome est une tumeur primitive osseuse touchant principalement les enfants et les adolescents. Nous avons démontré que l’autophagie est un processus crucial dans les cellules souches cancéreuses d’ostéosarcome et que ce mécanisme pourrait constituer le « talon d’Achille » de ces cellules. Par ailleurs, nous avons également montré que l’inactivation de l’autophagie dans l’ostéosarcome modifie le microenvironnement tumoral et créée une niche capable de favoriser le développement tumoral.

Impact de l’autophagie du microenvironnement osseux sur le développement tumoral

L'os est un microenvironnement complexe et un site attractif pour la colonisation tumorale, tant pour l'ostéosarcome que pour les métastases de nombreux cancers. La prévention des métastases osseuses est un défi majeur, et l'identification des facteurs impliqués dans le développement des tumeurs osseuses est cruciale pour améliorer la survie des patients. Notre projet actuel vise à déterminer le rôle de l’autophagie du microenvironnement osseux sur le développement de l’ostéosarcome, mais aussi de métastases osseuses de cancer du sein et de la prostate. Le but de ce projet est, à terme, de développer de nouveaux agents thérapeutiques ciblant la tumeur et/ou la « niche tumorale ».

           

Facteurs génétiques

Bien qu'il existe une littérature abondante sur les mécanismes sous-jacents au vieillissement osseux, le rôle des dommages à l'ADN dans le déclin osseux lié à l'âge est encore peu étudié. Or, des mutations dans des gènes importants pour la stabilité du génome sont associées à une diminution de la masse osseuse et une altération de la microarchitecture osseuse. Les patients atteints du syndrome progéroïde de Rothmund-Thomson de type II (RTS-II) présentent notamment des anomalies congénitales du squelette, une prédisposition aux ostéosarcomes et un ensemble de défauts osseux révélateurs d’un dysfonctionnement du remodelage osseux et d’un vieillissement prématuré. Ce syndrome est dû à des mutations bi-allélique du gène RECQL4 qui code pour une pour une hélicase de l’ADN de la famille des RecQ hélicases. La protéine RECQL4 joue de nombreux rôles dans le métabolisme de l'ADN et la stabilité du génome, probablement par ses interactions avec de multiples partenaires. Plusieurs études ont montré quelle jouait un rôle crucial dans l’initiation de la réplication, dans la réparation de diverses lésions de l’ADN mais aussi dans la protection des télomères.

Afin de mieux comprendre le rôle de RECQL4 dans l’os, nous travaillons au laboratoire avec un modèle murin portant une délétion homozygote du gène RECQL4. Nous avons observé que l’inactivation de RECQL4 chez ces souris accentue l’effet de l’âge sur la densité et la microarchitecture osseuse, ce qui fait de ce modèle murin un modèle intéressant de vieillissement accéléré du tissu osseux. Nous explorons maintenant le rôle de RECQL4 dans les différents types de cellules osseuses et l’impact de son inactivation sur ces cellules ainsi que sur la matrice extracellulaire minéralisée. Notre objectif est d’identifier ainsi de nouvelles voies de mécanismes mises en jeu dans le vieillissement normal ou accéléré du tissu osseux.

Facteurs environnementaux

La toxicité chimique de l’uranium naturel est un sujet de préoccupation car les activités humaines conduisent à une augmentation de sa concentration dans l’environnement. Alors que le squelette est le principal organe d’accumulation à long terme de cet actinide, les conséquences d’une exposition du tissu osseux à ce radionucléide sont mal connues. Notre objectif est d’améliorer la compréhension des mécanismes biologiques déclenchés par une exposition chronique du tissu osseux à de faibles doses d’uranium. Après avoir montré que ce métal en solution peut altérer la fonction des ostéoblastes, ostéocytes ou ostéoclastes, nous avons entrepris d’analyser son impact à l’aide de systèmes de culture plus complexes mimant le microenvironnement osseux et les différentes étapes du remodelage osseux. Dans ce but, nous avons mis au point la production de matrices extracellulaires osseuses contenant de faibles quantités d’uranium. Nos travaux portent actuellement sur la caractérisation de ces matrices, en collaboration avec des équipes de chimistes et biochimistes, et leur utilisation en tant que supports 3D pour la culture et la co-culture de cellules osseuses.

À l’aide de ces modèles biomimétiques et en utilisant des approches pluridisciplinaires, nous voulons caractériser conjointement :
- le devenir et le comportement de l'uranium (spéciation, interaction, distribution spatiale) dans les compartiments extra et intracellulaires au cours des différentes phases du remodelage osseux ;
- les voix de mécanismes impactées dans les cellules osseuses en présence de ce radionucléide – sur la base des données de la littérature et de nos résultats antérieurs nous intéressons en particulier à l’autophagie et aux voies inflammatoires dans la réponse cellulaire à une exposition à l’uranium – ;
- les conséquences sur le tissu osseux ;
- l’efficacité potentielle de différents décorporants de l’uranium.





 

E-santé préclinique

En collaboration étroite avec le Laboratoire d’Electronique, Antennes et Télécommunications (LEAT – UMR7248 CNRS-UCA) situé Sophia-Antipolis, nous avons développé un système permettant de traiter et transmettre en temps réel les informations de localisation de rongeurs libres de tout mouvement au sein d’une cage d’hébergement standard. Ce type de données traduisant le comportement, et par extension l’état sanitaire des animaux, va permettre une surveillance H24/J7 et tout au long de leur vie de l’ensemble des animaux en hébergement en facilitant l’identification en temps réel des animaux présentant un problème. Par ailleurs, ce système de “tracking“ va pouvoir être appliqué dans des protocoles expérimentaux de vieillissement, de suivi de pathologies d’origine génétique (maladies neurodégénératives, atrophies musculaires, atteintes osseuses,…), et cancéreuse (effets de nouvelles drogues, développement tumoral,…).

Au niveau technique, le système électronique comporte une antenne associée à une minipuce UHF-RFID portée par l’animal, ainsi qu’un système pluri-antennaire d’interrogation placé sous la cage et connecté à un lecteur RFID à sorties multiples. Les informations sont transmises en temps réel vers un serveur informatique qui collecte et traite les données, puis renvoie les informations sous différents formats (alertes, SMS, mails) sur différents supports (PC, tablettes, smartphones).