L'activation de *SIRT1* inverse la perte osseuse liée à l'âge en relançant la fonction vasculaire et celle des cellules souches
*SIRT1* stimule à la fois la formation des vaisseaux sanguins et la régénération osseuse dans les tissus âgés, offrant ainsi une stratégie ciblée contre l'ostéoporose du sujet âgé.
Résumé
Les os s'affaiblissent avec l'âge, tout comme les minuscules vaisseaux sanguins qui nourrissent les cellules responsables de la formation osseuse. Cette étude, menée sur des souris et en culture cellulaire, a montré que les niveaux de SIRT1, une enzyme associée à la résistance au stress cellulaire, diminuent avec l'âge dans l'os. L'administration d'un médicament activateur de SIRT1 (SRT1720) à des souris mâles âgées pendant huit semaines a augmenté le nombre de vaisseaux sanguins osseux spécialisés et amélioré la structure de l'os. Le blocage de SIRT1 a aggravé la situation. Le médicament a également accéléré la cicatrisation de lésions osseuses créées chirurgicalement dans le fémur et la mâchoire. Des expériences en laboratoire suggèrent que SIRT1 agit en modifiant chimiquement la β-caténine, une protéine qui active la voie de signalisation Wnt, laquelle favorise à la fois la formation osseuse et la croissance des vaisseaux sanguins. Ces résultats sont précliniques et doivent être testés chez des femelles et chez l'être humain.
Résumé détaillé
<p>L'ostéoporose et la lenteur de la consolidation des fractures figurent parmi les conséquences les plus coûteuses du vieillissement, car elles augmentent le risque de fractures, d'invalidité et de décès chez les personnes âgées. L'os est richement vascularisé, et un sous-type spécialisé de capillaires, les vaisseaux de type H (CD31 élevé, endomucine élevée), se situe près des zones de formation osseuse et soutient les cellules ostéoprogénitrices. Ces vaisseaux déclinent avec l'âge, tout comme SIRT1, une désacétylase dépendante du NAD+ liée à la résistance au stress et au contrôle de la sénescence. Cette étude a cherché à savoir si la restauration de SIRT1 pouvait réparer à la fois le versant vasculaire et le versant de formation osseuse de l'os vieillissant.</p>
<p>Les chercheurs ont d'abord cartographié le vieillissement du squelette chez la souris. La micro-CT a montré que les souris âgées perdaient de l'os fémoral, avec une fraction de volume osseux plus faible, des travées moins nombreuses et plus fines, et un espacement trabéculaire plus large que chez les témoins jeunes. Le tibia et la mandibule présentaient des profils similaires. Le marquage des cellules sénescentes augmentait avec l'âge, tandis que la densité des vaisseaux de type H et les taux de SIRT1 et de β-caténine diminuaient progressivement. Des souris mâles de 18 mois (n=5 par groupe) ont ensuite reçu, par injection pendant huit semaines, l'activateur de SIRT1 SRT1720 ou l'inhibiteur EX527.</p>
<p>Chez les souris âgées traitées, SRT1720 a augmenté les vaisseaux de type H et les ostéoprogéniteurs RUNX2-positifs qui les entourent. Il a aussi amélioré le nombre et l'épaisseur des travées ainsi que la fraction de volume osseux, tout en réduisant leur espacement. EX527 a eu l'effet inverse, aggravant la perte osseuse et la diminution de la densité vasculaire. In vitro, les cellules souches de la moelle osseuse (BMSC) et les cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVEC), rendues sénescentes par le peroxyde d'hydrogène, ont perdu leur capacité de minéralisation et de formation de tubes. SRT1720 a restauré l'activité de la phosphatase alcaline, le dépôt de calcium, RUNX2, la migration cellulaire et les réseaux de type capillaire, tandis qu'EX527 les a supprimés. Les résultats se sont confirmés dans des BMSC en sénescence réplicative (passage 8).</p>
<p>Des expériences avec milieu conditionné ont suggéré une communication bidirectionnelle entre les deux types cellulaires. Les cellules endothéliales sénescentes traitées par SRT1720 ont libéré davantage de TGF-β, stimulant la différenciation ostéogénique. Les BMSC traitées ont sécrété davantage de SLIT3, un promoteur des vaisseaux de type H, favorisant la migration endothéliale et la formation de tubes. Le séquençage de l'RNA a révélé une dérégulation de la voie Wnt dans les cellules endothéliales âgées. L'activation de SIRT1 a augmenté l'mRNA et la protéine β-caténine, favorisé son accumulation nucléaire, s'est liée à la β-caténine en co-immunoprécipitation et a réduit son acétylation. L'inhibition de Ctnnb1 par siRNA a atténué les bénéfices de SRT1720, y compris la sécrétion de TGF-β et de SLIT3.</p>
<p>Dans des défauts fémoraux créés chirurgicalement chez des souris âgées (n=5 par groupe), SRT1720 a amélioré la formation de nouvel os à deux semaines. Il a également entraîné une meilleure organisation du collagène et un meilleur dépôt minéral, davantage de vaisseaux de type H, plus d'ostéoprogéniteurs RUNX2+/ALP+, ainsi que des taux plus élevés d'ostéopontine et de HIF-1α. EX527 a altéré la cicatrisation. L'activateur de Wnt CHIR-99021 a partiellement compensé les dommages causés par EX527, tandis que l'inhibiteur de Wnt XAV-939 a réduit le bénéfice de SRT1720. Les défauts mandibulaires ont répondu de manière similaire, et les principaux organes n'ont montré aucune anomalie histopathologique.</p>
<p>Il s'agit de résultats précliniques ; le bénéfice chez l'humain n'est donc pas démontré. Seules des souris mâles ont été utilisées, aucun test de résistance biomécanique n'a été réalisé, et l'administration systémique ne permet pas de savoir quel type cellulaire est à l'origine de l'effet. Les tests avec milieu conditionné ne peuvent pas rendre compte des contacts directs entre cellules, et les travaux sur Ctnnb1 n'incluaient pas de rétablissement génétique. Néanmoins, l'étude relie le déclin de SIRT1 à une détérioration coordonnée des vaisseaux et de l'os, et propose une piste testable pour cibler l'os vieillissant.</p>
Principales conclusions
- Aged mice showed lower femoral bone volume fraction, fewer and thinner trabeculae and wider trabecular spacing than young mice, with similar patterns in tibia and mandible
- SIRT1, β-catenin and type H (CD31hi/EMCNhi) vessel density all declined progressively with age in bone
- Eight weeks of SRT1720 in 18-month-old male mice (n=5/group) raised type H vessels and RUNX2+ osteoprogenitors and improved bone volume fraction, trabecular number and thickness
- The SIRT1 inhibitor EX527 worsened bone loss and reduced type H vessel density in aged mice
- In senescent BMSCs and HUVECs, SRT1720 restored ALP activity, mineralization, migration and tube formation, and EX527 suppressed them
- SIRT1 bound β-catenin, reduced its acetylation and increased its nuclear translocation; Ctnnb1 knockdown blunted SRT1720's effects and TGF-β/SLIT3 secretion
- In femoral and mandibular defects, SRT1720 enhanced healing; CHIR-99021 partly rescued EX527's damage and XAV-939 reduced SRT1720's benefit
Méthodologie
L'étude a combiné des souris naturellement vieillies (mâles de 18 mois, n = 5 par groupe), des modèles de culture cellulaire de sénescence (sénescence induite par le H2O2 et sénescence réplicative dans des BMSC et des HUVEC), ainsi que des défauts osseux fémoraux et mandibulaires créés chirurgicalement. Les interventions comprenaient l'activateur de SIRT1 SRT1720, l'inhibiteur EX527, l'activateur de Wnt CHIR-99021 et l'inhibiteur de Wnt XAV-939, ainsi qu'un knockdown de Ctnnb1 par siRNA. Les mesures comprenaient la micro-CT, l'histologie, l'immunofluorescence, la qRT-PCR, le western blot, l'ELISA, le RNA-seq, la co-immunoprécipitation et des dosages d'acétylation. Les données ont été analysées par ANOVA à un facteur avec test post hoc de Tukey, avec 3 à 4 expériences in vitro indépendantes par dosage.
Limites de l'étude
Toutes les expériences in vivo ont été réalisées uniquement sur des souris mâles ; la généralisation à la physiologie féminine reste donc inconnue, et la régénération osseuse n'a pas été testée sur le plan biomécanique. Les tests au milieu conditionné ne permettent pas de rendre compte des contacts cellulaires directs, l'administration systémique de SRT1720 ne permet pas d'identifier le type cellulaire à l'origine de l'effet, et l'inhibition de *Ctnnb1* (knockdown) n'a pas été accompagnée d'un sauvetage génétique. Les modèles de sénescence in vitro ne reproduisent pas entièrement le vieillissement chronologique, et les résidus de lysine acétylés spécifiques n'ont pas été cartographiés.
Ce résumé vous a plu ?
Recevez les dernières recherches sur la longévité dans votre boîte de réception chaque semaine.
Saisissez votre e-mail pour vous abonner :