RamanOmics cartographie l'empreinte moléculaire des cellules sénescentes dans les tissus vieillissants

Les cellules sénescentes contribuent au vieillissement des tissus, mais on les définit généralement par des marqueurs isolés comme p21 ou p16, ce qui en dit peu sur leur composition chimique ou sur leurs différences d'un organe à l'autre. La transcriptomique indique quels gènes sont actifs, mais pas la composition lipidique, le repliement des protéines ni la chimie de la matrice, qui déterminent en fin de compte la fonction cellulaire. Cette étude cherche à savoir si l'empreinte biochimique de la sénescence peut être lue directement dans un tissu intact et reliée à des programmes géniques, ce qui compte pour tout effort futur visant à repérer et suivre les cellules sénescentes sans détruire l'échantillon.

L'équipe a développé RamanOmics, qui combine l'imagerie Raman hyperspectrale (600–1 800 cm−1, 873 dimensions spectrales, pixels de 3 µm), le séquençage d'ARN de noyaux uniques (single-nucleus RNA sequencing) et le séquençage in situ STARmap couvrant 890 gènes (700 marqueurs de types cellulaires et 190 marqueurs de sénescence/vieillissement). Les chercheurs ont étudié le poumon et la peau de souris vieillies naturellement, à 2 et 26 mois, avec trois animaux par groupe d'âge. Le profilage de noyaux uniques a permis de capturer 35 474 noyaux pulmonaires et 12 128 noyaux cutanés. Les spectres Raman et la transcriptomique spatiale ont été recueillis sur les mêmes coupes, puis alignés grâce au pic Raman de l'ADN à 791 cm−1 et à la coloration DAPI, ce qui a donné 15 201 cellules pulmonaires et 11 069 cellules cutanées appariées.

Les profils transcriptionnels de vieillissement différaient selon le tissu. Le poumon âgé montrait une activation immunitaire, un remodelage vasculaire et une réduction du renouvellement épithélial, les cellules endothéliales et les lymphocytes T étant les plus modifiés. La peau âgée présentait les plus fortes modifications dans les fibroblastes et l'épiderme interfolliculaire. Les cellules sénescentes, définies par Cdkn1a (p21), étaient les plus fréquentes dans les cellules AT2 du poumon (0,31–0,51 %) et les cellules endothéliales (0,06–0,36 %), ainsi que dans les cellules épidermiques interfolliculaires de la peau (0,53–1,55 %). Les cellules sénescentes étaient aussi physiquement plus grandes que leurs voisines, et la peau âgée montrait une plus forte concentration de ces cellules dans l'épiderme.

Les programmes des cellules sénescentes différaient aussi selon l'âge. Dans le poumon âgé, les cellules p21+ surexprimaient Serpine1, Dab2 et Mrc1 et sous-exprimaient Acoxl, Aldh1a1 et Prdx6, un profil propice à la fibrose et à l'inflammation. Les cellules sénescentes jeunes présentaient plutôt des gènes de la réponse aux dommages de l'ADN, ce que les auteurs interprètent comme un état plus transitoire et réparateur. Dans la peau âgée, les cellules sénescentes sous-exprimaient des gènes du métabolisme lipidique (Cd36, Cidec) et un gène de réparation de l'ADN (Eepd1). Dans l'ensemble de la peau, les cellules sénescentes partageaient l'expression de Krt1, Krt10, Lor et Sbsn.

Du côté Raman, le poumon âgé avait une intensité globale plus élevée que le poumon jeune (46,72 contre 43,27, P = 2,1 × 10−13), alors que les cellules sénescentes p21+ du poumon âgé avaient une intensité plus faible que celles du poumon jeune (42,42 contre 45,43, P = 1,36 × 10−3). Un pic conservé lié aux lipides, à 1 131–1 135 cm−1, caractérisait les cellules p21+ dans les différents tissus. Un classifieur de type forêt aléatoire (random forest), entraîné sur des caractéristiques spectrales et transcriptomiques intégrées, a produit un code-barres multimodal qui distingue les cellules sénescentes des cellules non sénescentes. Dans un modèle de cicatrisation, les cellules sénescentes ont réactivé Krt10, Lor et Sbsn, parallèlement à une augmentation des signatures Raman associées aux lipides.

Il s'agit d'une étude technologique et de découverte chez la souris, et non d'un essai d'intervention. La sénescence a été définie principalement par p21, qui, selon les auteurs, marque une population distincte des cellules p16+ ; la signature pourrait donc ne pas se généraliser à d'autres sous-types de cellules sénescentes. Avec trois souris par groupe, des coupes congelées et une faible fraction de cellules sénescentes, le code-barres doit être validé dans d'autres tissus, d'autres espèces et sur des échantillons humains avant toute utilisation clinique.