Le blocage de Fis1 restaure la formation osseuse après une radiothérapie

L'ostéoradionécrose touche 3 à 8 % des patients recevant une radiothérapie pour des cancers de la tête et du cou, provoquant une nécrose osseuse avasculaire, une altération de la cicatrisation et un risque d'infection. Les traitements actuels — chirurgie, antibiotiques, oxygène hyperbare — donnent des résultats inconstants, ce qui souligne la nécessité de comprendre les mécanismes cellulaires à l'origine de cette complication. Cette étude de l'Université Sun Yat-sen et de la National University of Singapore fournit un compte rendu mécanistique détaillé de la manière dont les rayonnements perturbent la fonction des cellules souches mésenchymateuses (CSM) de la moelle osseuse par l'intermédiaire d'une dysfonction mitochondriale.

À l'aide de souris mâles C57BL/6J âgées de 8 semaines, exposées à une dose unique de rayons X de 8 Gy aux deux tibias, les chercheurs ont établi un modèle de lésion osseuse radio-induite in vivo. Un système in vitro parallèle a utilisé des CSM primaires de moelle osseuse irradiées à 8 Gy, puis cultivées en milieu ostéogénique pendant 21 jours. La morphologie mitochondriale a été évaluée par microscopie électronique à transmission (MET) et marquage MitoTracker ; la fonction a été mesurée par respirométrie Seahorse XF96, dosages de luminescence de l'ATP et potentiel de membrane mitochondrial (marquage TMRE). L'ostéogenèse a été évaluée par l'activité ALP, le dépôt calcique par le rouge Alizarin S et la qPCR pour Runx2, Alp et Ocn.

Les rayonnements ont considérablement augmenté l'expression de Fis1, un récepteur de la membrane externe mitochondriale qui recrute la GTPase de fission Drp1. Cela a entraîné une fragmentation mitochondriale excessive — les mitochondries sont passées de réseaux allongés en forme de bâtonnet à de petits points sphériques (rapport d'aspect proche de 1,0). Sur le plan fonctionnel, les CSM irradiées ont présenté des taux de consommation d'oxygène basal et maximal significativement réduits, une production d'ATP diminuée, un potentiel de membrane mitochondrial amoindri, des espèces réactives de l'oxygène (ERO) élevées et une activité superoxyde dismutase (SOD) réduite. Ces déficits bioénergétiques étaient corrélés à une différenciation ostéogénique supprimée et à une différenciation adipogénique accrue, reflétant le glissement clinique vers l'accumulation de graisse dans la moelle osseuse observé dans l'ostéoradionécrose.

Sur le plan mécanistique, l'étude a retracé la régulation à la hausse de Fis1 en amont jusqu'à un axe de signalisation calcium-calcineurine-NFATc1. Les rayonnements ont augmenté l'influx intracellulaire de Ca²⁺, ce qui a activé la phosphatase calcineurine (CaN), favorisant la déphosphorylation et la translocation nucléaire de NFATc1. Des essais d'immunoprécipitation de la chromatine et des tests rapporteurs ont confirmé que NFATc1 nucléaire se lie directement au promoteur de Fis1 pour en activer la transcription. Le silençage de NFATc1 par siRNA a bloqué la régulation à la hausse de Fis1 et a partiellement restauré la morphologie mitochondriale et la capacité ostéogénique. À l'inverse, la surexpression de NFATc1 par transduction lentivirale a reproduit le phénotype d'irradiation même en l'absence de rayonnement.

De manière décisive, le silençage de Fis1 in vivo par injection intra-médullaire de siRNA (4 injections de 3 nmol/20 g de masse corporelle, débutant un jour avant l'irradiation) a significativement atténué la perte osseuse à 28 jours après l'irradiation. L'analyse par micro-CT a montré que le silençage de Fis1 préservait le volume osseux/volume total (BV/TV), le nombre trabéculaire (Tb.N) et la densité minérale osseuse (BMD) par rapport aux témoins irradiés. Les analyses histologiques et immunohistochimiques ont confirmé une augmentation du marquage à l'ostéocalcine (OCN), une réduction des ostéoclastes TRAP-positifs et une diminution de PPAR-γ (marqueur adipogénique) dans le groupe à silençage de Fis1. Ces résultats établissent Fis1 comme une cible pharmacologique dans les lésions osseuses radio-induites et suggèrent que l'inhibition pharmacologique ou génétique de Fis1 — ou de la signalisation Ca²⁺/CaN/NFATc1 en amont — pourrait compléter ou remplacer les stratégies actuelles de prise en charge de l'ostéoradionécrose.