OBJECTIVE: Glioblastoma Multiforme (GBM), one of the most malignant forms of primary brain tumors, is characterized by its highly heterogenous genetic composition, aggressive infiltration of surrounding tissue, and resistance to current treatments. Gene expression analysis has characterized GBM into four main types, with a significant portion belonging to the Classical subtype, typified by overexpression and/or mutation of the epidermal growth factor receptor (EGFR). Also common to this subtype of GBM is the loss of crucial tumor suppressor genes Ink4A/ARF and PTEN, which contribute to the invasive nature and unregulated proliferation that underlie the GBM pathology. The high rate of tumor recurrence post treatment with surgical resection, chemotherapy, and radiation has driven the pursuit of more effective molecularly targeted therapies. This study was undertaken to determine the effects of two types of small molecule tyrosine kinase inhibitors on cells overexpressing wild-type EGFR in the context of their respective complements of tumor suppressor genes. METHODS: Several cell lines were established from mouse models of EGFR wild-type (EGFRWT) driven gliomagenesis and treated with 10 μM of type I tyrosine kinase inhibitors Gefitinib (Iressa®, Astra Zeneca), CI-1033 (Canertinib, Pfizer), or Dimethyl Sulfoxide vehicle. Cells were exposed to each drug treatment as part of a time course ranging from 0 to 24 hours and then evaluated by trypan blue exclusion and Western blot analysis for cell viability and molecular and biochemical effects respectively. RESULTS: Evaluation of cell viability indicated that CI-1033 caused a greater increase in cell death than gefitinib when compared to control treated cells regardless of the tumor suppressors lost. Gefitinib was found to cause cell death only in cells expressing the PTEN tumor suppressor whereas CI-1033 showed similar levels of cell death for cells deficient in Ink4A/ARF or both Ink4A/ARF and PTEN tumor suppressors. Western blot analysis revealed that CI-1033 more effectively inhibited EGFR compared to gefitinib. Treatment with both gefitinib and CI-1033 effectively blocked phosphorylation of EGFR, but this effect was less pronounced with gefitinib treatment. Further analysis of downstream signaling molecules showed a greater presence of cleaved caspase 3, a hallmark of apoptosis, in gefitinib treated cells expressing PTEN than in those cells treated with CI-1033. Cells deficient in both Ink4A/ARF and PTEN did not demonstrate any induction of cleaved caspase 3 following either treatment. CONCLUSIONS: Based on the significant differences in cell viability between treatments, CI-1033 is an overall more effective inhibitor of EGFRWT expressing cells lacking PTEN, while gefitinib and CI-1033 were found to be similarly effective in cells expressing PTEN. The results of western blot analysis indicate that total and irreversible EGFR inhibition may be necessary to induce cell death in a manner that effectively terminates downstream cell signaling. It is likely that CI-1033, unlike gefitinib, induces apoptosis in a caspase-independent manner, which may be one of the many differences in downstream effects produced by these two drugs. Further research is necessary to determine the extent to which each inhibitor shuts down proliferative cell signaling pathways such as PI3K-AKT and MEK-ERK signaling pathways downstream of EGFR. Overall, these data indicate that genotype plays an important role in the determination of therapeutic response and may aid in the evaluation of clinical prognoses.

Le facteur de transcription E4F1 fût initialement identifié comme une cible cellulaire de l'oncoprotéine virale E1A au cours de l'infection par l'adénovirus sérotype V. E4F1 est une protéine multifonctionelle essentielle au cours du développement embryonnaire précoce et joue des rôles importants dans l'équilibre entre prolifération/survie de différents types cellulaires, notamment des cellules souches. Au niveau moléculaire, E4F1 possède des activités transcriptionelles intrinsèques mais possède également une activité ubiquitine E3 ligase atypique dirigée contre d'autres facteurs de transcription tel que le suppresseur de tumeur p53. Récemment, il a été démontré qu'E4F1 régule les voies oncogéniques impliquant p53 et Rb qui jouent un rôle essentiel au cours de la sénescence cellulaire. La sénescence, qui est définie par un arrêt irréversible du cycle cellulaire, est considéré comme un mécanisme suppresseur de tumeurs essentiel au cours des phases précoces du développement tumoral. L'objectif de ma thèse a été d'évaluer le rôle d'E4F1 au cours de la sénescence cellulaire. Au travers d'études menées sur des fibroblastes humains primaires et des fibroblastes embryonnaires murins dérivés de souris génétiquement modifiées pour le gène E4F1, j'ai examiné comment la perturbation des activités d'E4F1 module l'initiation ou le maintien de la sénescence prématurée induit par l'oncogène RAS, la déplétion du membre de la famille polycomb Bmi1, ou par les dommages à l'ADN. Mes résultats suggèrent que la déplétion d'E4F1 protège partiellement contre l'induction de la sénescence alors que l'expression ectopique d'E4F1 accélère la sénescence par son implication dans la voie INK4A/ARF-p53. L'ensemble de mes résultats supportent la notion qu'E4F1 est un régulateur important de la sénescence cellulaire. / E4F1 was originally identified as a cellular target of the viral oncoprotein E1A during adenoviral infection. E4F1 is a multifunctional protein that is essential during early embryogenesis and plays important roles in the proliferation/survival balance of different cell types including stem cells. At the molecular level, E4F1 exhibits intrinsic transcriptional activities but also an ubiquitin E3 ligase function that targets other transcription factors, including the p53 tumor suppressor. Recent studies indicate that E4F1 impinge on several pathways, including the Rb and p53 pathways, that are known to influence cellular senescence, an irreversible state of cell cycle arrest that is considered to be an essential tumor suppressor mechanism during early steps of tumorigenesis. The objective of my thesis was to evaluate the roles of E4F1 during cellular senescence. Using human primary fibroblasts and mouse embryonic fibroblasts derived from genetic ally engineered mouse models, I investigated how perturbations of E4F1 activities modulated the initiation or the maintenance of premature senescence induced by oncogenic Ras, depletion of the polycomb member Bmi1 or DNA damage. My results suggest that E4F1 depletion partly protects from the induction of cellular senescence whereas ectopic expression of E4F1 accelerates premature senescence through its implication in the Ink4a/ARF-p53 pathway. Altogether, my results support the notion that E4F1 is an important regulator of cellular senescence.

Im ersten Teil dieser Arbeit wurden mittels molekular-zytogenetischer Methoden die chromosomalen Aberrationen in c-myc aktivierten ARFnull- und INK4a/ARFnull-Mauslymphomen untersucht. Die zytogenetischen Ergebnisse wurden mit dem Therapieverlauf der Mäuse nach Cyclophosphamid-Behandlung verglichen. In den ARFnull-Lymphomen erkannten wir den Gewinn des Chromosoms 14 als einen Marker für gute und den Gewinn des Chromosoms 6 als Marker für schlechte Behandlungserfolge. Auf den Chromosomen 6 und 14 der Maus liegen demnach bisher unbekannte Gene, welche für die Wahl der Behandlungsmethode ARF-defizienter Tumore von entscheidender Bedeutung sind. Der zweite Teil der Arbeit befaßt sich mit Common Fragile Sites (CFS), die als "hot spots" für chromosomale Brüche und Umbauten in Tumorgenese und Karyotypevolution diskutiert werden. CFSs treten als seltene Lücken im Chromatin oder als partiell deletierte bzw. rearrangierte Chromosomen auf. Ihre Zahl wird durch Zugabe von Replikations-hemmenden Chemikalen, wie Aphidicolin (APC), erheblich gesteigert. Wir untersuchten die CFS-Expression in Lymphozytenkulturen der Mausstämme BALB/c und C57BL/6. Die APC-induzierten CFS-Häufigkeiten der Chromosomenbanden wiesen im Vergleich zwischen beiden Mausstämmen eine signifikante Korrelation und damit eine starke Konservierung auf. Ebenfalls wurde zwischen Maus / Mensch-syntenischen Bereichen eine Konservierung der CFS-Häufigkeiten detektiert. Die Tendenz zur CFS-Bildung ist also ein spezifisches Merkmal jedes chromosomalen Abschnitts, das evolutionär konserviert ist. Weiterhin wurden einzelne CFSs mit molekular-zytogenetischen Methoden genauer kartiert. Auf diese Weise beschrieben wir erstmals eines der zehn häufigsten CFSs menschlicher Lymphozyten, FRA7K, und erweiterten somit die Anzahl molekular charakterisierter humaner CFSs auf insgesamt 13. Für fünf dieser CFSs analysierten wir mittels FISH-Analyse die homologen Bereiche im Mausgenom hinsichtlich ihrer CFS-Expression. Die beobachteten Läsionen traten jeweils in exakt den entsprechenden Sequenzen auf. Vereint man diese fünf Beispiele (FRA2G/Fra2D, FRA7G/Fra6A3.1, FRA7H/Fra6B1, FRA7K/Fra12C1 und FRA9E/Fra4C2) mit bekannten Homologen aus der Literatur, so wurde für insgesamt acht CFSs eine Konservierung zwischen Mensch und Maus auf molekularer Ebene gefunden. Trotz zahlreicher Untersuchungen ist der zelluläre Mechanismus, der die Ausbildung von CFSs an spezifischen Stellen des Genoms bewirkt, bis heute weitgehend unklar. Bekannt ist, daß CFSs durch Replikationsinhibition induziert werden und in Metaphase-Zellen sichtbar werden, welche DNA-Replikations-Checkpoints unterlaufen haben.Sämtliche jüngeren Studien beschrieben Inseln erhöhter DNA-Helix-Flexibilität (Schwankungen im Biegungswinkel des Moleküls) in den Bereichen von CFSs. Wir berechneten die DNA-Helix-Flexibilität entlang der Sequenz für alle molekular kartierten humanen und Maus-CFSs sowie für stabile Kontrollregionen. Anders als in der Literatur beschrieben, fanden wir für Mensch und Maus, daß sich CFSs und Kontroll-DNAAbschnitte in ihrer Dichte an Inseln mit erhöhter DNA-Helix-Flexibilität nicht unterschieden. Nahezu alle Regionen der häufigen molekular charakterisierten CFSs umfassen große Gene, deren Exons mehr als 650 kb genomische Sequenz überspannen. Im Gegensatz dazu traten große Gene in den stabilen Kontrollregionen deutlich seltener auf. Öffentlich zugängliche RNA-Expressionsdaten dieser Gene zeigten, daß CFSs bevorzugt in Bereichen mit transkriptionell aktiven, großen Genen entstehen. Darauf und auf dem Wissen aus der Literatur begründen wir die Hypothese, daß eine Blockierung der DNAReplikationsgabel, vor allem in Bereichen großer transkriptionell aktiver Gene - eventuell begründet durch deren offenere Chromatinstruktur - und das anschließende Unterlaufen von Zellzyklus-Checkpoints an der Bildung von CFSs und damit in einem Anstieg von Doppelstrangbrüchen beteiligt sind.

Im ersten Teil dieser Arbeit wurden mittels molekular-zytogenetischer Methoden die chromosomalen Aberrationen in c-myc aktivierten ARFnull- und INK4a/ARFnull-Mauslymphomen untersucht. Die zytogenetischen Ergebnisse wurden mit dem Therapieverlauf der Mäuse nach Cyclophosphamid-Behandlung verglichen. In den ARFnull-Lymphomen erkannten wir den Gewinn des Chromosoms 14 als einen Marker für gute und den Gewinn des Chromosoms 6 als Marker für schlechte Behandlungserfolge. Auf den Chromosomen 6 und 14 der Maus liegen demnach bisher unbekannte Gene, welche für die Wahl der Behandlungsmethode ARF-defizienter Tumore von entscheidender Bedeutung sind. Der zweite Teil der Arbeit befaßt sich mit Common Fragile Sites (CFS), die als "hot spots" für chromosomale Brüche und Umbauten in Tumorgenese und Karyotypevolution diskutiert werden. CFSs treten als seltene Lücken im Chromatin oder als partiell deletierte bzw. rearrangierte Chromosomen auf. Ihre Zahl wird durch Zugabe von Replikations-hemmenden Chemikalen, wie Aphidicolin (APC), erheblich gesteigert. Wir untersuchten die CFS-Expression in Lymphozytenkulturen der Mausstämme BALB/c und C57BL/6. Die APC-induzierten CFS-Häufigkeiten der Chromosomenbanden wiesen im Vergleich zwischen beiden Mausstämmen eine signifikante Korrelation und damit eine starke Konservierung auf. Ebenfalls wurde zwischen Maus / Mensch-syntenischen Bereichen eine Konservierung der CFS-Häufigkeiten detektiert. Die Tendenz zur CFS-Bildung ist also ein spezifisches Merkmal jedes chromosomalen Abschnitts, das evolutionär konserviert ist. Weiterhin wurden einzelne CFSs mit molekular-zytogenetischen Methoden genauer kartiert. Auf diese Weise beschrieben wir erstmals eines der zehn häufigsten CFSs menschlicher Lymphozyten, FRA7K, und erweiterten somit die Anzahl molekular charakterisierter humaner CFSs auf insgesamt 13. Für fünf dieser CFSs analysierten wir mittels FISH-Analyse die homologen Bereiche im Mausgenom hinsichtlich ihrer CFS-Expression. Die beobachteten Läsionen traten jeweils in exakt den entsprechenden Sequenzen auf. Vereint man diese fünf Beispiele (FRA2G/Fra2D, FRA7G/Fra6A3.1, FRA7H/Fra6B1, FRA7K/Fra12C1 und FRA9E/Fra4C2) mit bekannten Homologen aus der Literatur, so wurde für insgesamt acht CFSs eine Konservierung zwischen Mensch und Maus auf molekularer Ebene gefunden. Trotz zahlreicher Untersuchungen ist der zelluläre Mechanismus, der die Ausbildung von CFSs an spezifischen Stellen des Genoms bewirkt, bis heute weitgehend unklar. Bekannt ist, daß CFSs durch Replikationsinhibition induziert werden und in Metaphase-Zellen sichtbar werden, welche DNA-Replikations-Checkpoints unterlaufen haben.Sämtliche jüngeren Studien beschrieben Inseln erhöhter DNA-Helix-Flexibilität (Schwankungen im Biegungswinkel des Moleküls) in den Bereichen von CFSs. Wir berechneten die DNA-Helix-Flexibilität entlang der Sequenz für alle molekular kartierten humanen und Maus-CFSs sowie für stabile Kontrollregionen. Anders als in der Literatur beschrieben, fanden wir für Mensch und Maus, daß sich CFSs und Kontroll-DNAAbschnitte in ihrer Dichte an Inseln mit erhöhter DNA-Helix-Flexibilität nicht unterschieden. Nahezu alle Regionen der häufigen molekular charakterisierten CFSs umfassen große Gene, deren Exons mehr als 650 kb genomische Sequenz überspannen. Im Gegensatz dazu traten große Gene in den stabilen Kontrollregionen deutlich seltener auf. Öffentlich zugängliche RNA-Expressionsdaten dieser Gene zeigten, daß CFSs bevorzugt in Bereichen mit transkriptionell aktiven, großen Genen entstehen. Darauf und auf dem Wissen aus der Literatur begründen wir die Hypothese, daß eine Blockierung der DNAReplikationsgabel, vor allem in Bereichen großer transkriptionell aktiver Gene - eventuell begründet durch deren offenere Chromatinstruktur - und das anschließende Unterlaufen von Zellzyklus-Checkpoints an der Bildung von CFSs und damit in einem Anstieg von Doppelstrangbrüchen beteiligt sind.

Retinoblastoma development is a multistep process, and inactivation of the RB1 gene is not sufficient for tumorigenesis. Previous studies suggest that the p53-tumor suppressor is inactivated due to overexpression of p53-antagonists MDM4 and MDM2. This thesis evaluates the importance of ARF, a p53-activator that inhibits MDM2. In retinoblastomas, ARF protein is nearly undetectable despite robust mRNA expression. Chemical inhibition of the proteasome, which regulates ARF protein-turnover, did not result in ARF accumulation in retinoblastoma cells, indicating that ARF protein was not aberrantly degraded by the proteasome. During mouse retinoblastoma development, Arf protein was expressed at low level, and p53-target genes involved in cell cycle arrest and autoregulation were not activated. Overexpression of ARF in retinoblastoma cells led to growth inhibition, accompanied by increased expression of p53 and p53-transcriptional targets. Taken together, our data suggests that low ARF protein is an important factor in silencing of the p53-pathway during retinoblastoma development.

Retinoblastoma development is a multistep process, and inactivation of the RB1 gene is not sufficient for tumorigenesis. Previous studies suggest that the p53-tumor suppressor is inactivated due to overexpression of p53-antagonists MDM4 and MDM2. This thesis evaluates the importance of ARF, a p53-activator that inhibits MDM2. In retinoblastomas, ARF protein is nearly undetectable despite robust mRNA expression. Chemical inhibition of the proteasome, which regulates ARF protein-turnover, did not result in ARF accumulation in retinoblastoma cells, indicating that ARF protein was not aberrantly degraded by the proteasome. During mouse retinoblastoma development, Arf protein was expressed at low level, and p53-target genes involved in cell cycle arrest and autoregulation were not activated. Overexpression of ARF in retinoblastoma cells led to growth inhibition, accompanied by increased expression of p53 and p53-transcriptional targets. Taken together, our data suggests that low ARF protein is an important factor in silencing of the p53-pathway during retinoblastoma development.

Störung des G1-Restriktionspunkts des Zellzyklus und Verlust der Wachstumskontrolle in Folge der Inaktivierung des Rb-Signalwegs ist ein häufiges Ereignis in malignen Tumoren. Gemeinsam mit der Hemmung von Apoptose-Signalwegen sind solche genetischen Ereignisse zentrale pathogenetische Faktoren der Tumorentstehung. Diese Veränderungen prägen aber auch entscheidend die Tumorbiologie und bestimmen somit intrinische und erworbene Therapieresistenz und konsequenterweise auch die klinische Prognose der Tumorerkrankung. In der vorliegenden Arbeit wurden Veränderungen im Rb- und im p53-Signalweg in Plattenepithelkarzinomen des Ösophagus untersucht. Diese retrospektive Studie wurde an Tumorproben von 53 mit kurativer Intention R0-resezierten Patienten durchgeführt. Proteinexpression wurde mittels Immunhistochemie und Mutationen mittels SSCP-PCR analysiert. Aktivierende Punktmutationen des K-ras Onkogens wurden mittels mutationsselektiver genomischer PCR und eines sequenzspezifischen Festphasen-Hybridisierungstests nachgewiesen. Die Analyse der individuellen Gene zeigte, dass Expressionsverlust der Rb-Signalwegskomponenten p16INK4a, p21CIP/WAF-1, p27KIP1 und von Rb selbst, sowie die Überexpression von Cyclin D1 bzw. Verlust des pro-apoptotischen Bcl-2 Homologs Bax mit schlechter Prognose, d.h. kürzerem Überleben korrelierte. Überexpression von Cyclin E, p53 oder Bcl-2, sowie Mutation von p53 bzw. K-ras zeigten hingegen keinen Einfluss auf die Prognose. Das längste Überleben wurde in einer Subgruppe von Patienten beobachtet deren Tumore eine Kombination günstiger Genotypen zeigte, und zwar niedrige Cyclin D1 Expression, sowie hohe Expression von Rb, p21CIP/WAF-1, p16INK4a und Bax. Diese Ergebnisse zeigen, dass eine Multigen- oder "Multimarker"-Analyse von Genen, die konsekutiv oder synergistisch in Zellzyklus- und Apoptose-Signalwegen agieren, zur Prognoseabschätzung der Analyse individueller Gene deutlich überlegen ist. Die Identifikation solcher genetischer Markerprofile sollte sich auch zukünftig als nützlich für die klinische Entscheidungsfindung in der Therapie maligner Tumore erweisen und wird konventionelle klinische und pathologische Faktoren komplementieren, die bisher keine ausreichende Prognoseabschätzung erlauben. / Malignant tumors frequently show inactivation of the Rb pathway and, as a result, deregulation of the G1 restriction point of the cell cycle and loss of growth control. Together with the inhibition of apoptosis signaling pathways, such events are key pathogenetic factors in tumor development. Moreover, these aberrations are decisive in determining tumor biology and characteristics such as intrinisic or acquired resistance to therapy and, consequently, the clinical prognosis of the malignant disease. In the present work, aberrations in the Rb and the p53 pathway were analysed. This retrospective study was undertaken in a cohort of 53 patients with esophageal squamous cell carcinoma who underwent R0 resection with a curative intent. Protein expression in tumor samples was analysed by means of immunohistochemistry and mutations were investigated by the use of genomic SSCP-PCR. Activating point mutations of the K-ras oncogene were detected by the use of mutation-selective genomic PCR and a sequence specific solid phase hybridization assay. The analysis of individual genes showed a correlation between poor prognosis, i.e. short overall survival, and loss of the Rb pathway components p16INK4a, p21CIP/WAF-1, p27KIP1, and Rb itself, or overexpression of cyclin D1 or loss of the pro-apoptotic Bcl-2 homolog Bax. In contrast, overexpression of cyclin E, p53 or Bcl-2 and mutation of p53 or K-ras had no influence on disease prognosis. The longest survival was found in a subgroup of patients whose tumors exhibited a combination of favorable genotypes, i.e. low expression of cyclin D1, and high expression of Rb, p21CIP/WAF-1, p16INK4a and Bax. These results demonstrate that a multigene or "multimarker"-analysis of genes that act consecutively or synergistically in cell cycle and apoptosis signaling pathways is far superior to determine disease prognosis when compared to the analysis of individual genes. The identification of such genetic marker profiles should proove beneficial in clinical decision making in the therapy of malignant tumors. In the future, such diagnostic tools may be useful to complement conventional clinical and pathologic factors which in most instances do not allow prediction of disease prognosis.

4 Abstract Senescence is a specific cell state distinquished by cessation of cell division and proliferation and changes in gene expression. Normal cells enter senescence after distinct number of cell divisions or in case of an unrepairable damage. Senescence in cancer cells can be induced by subliminal stress as sublethal treatment with certain drugs. Senescent cancer cells persist in the tissue and may secrete a number of factors and nutrients affecting surrounding cells. Senescence can thus change the response of cancer cells to various apoptogens during cancer therapy. In this study, we focused on the elucidation of presumed differences between normal proliferating and senescent cancer cells in their response to selected apoptogens. Implementing bromodeoxyuridine (BrdU)-mediated replication stress in cancer cells derived from pancreatic (PANC-1) or mesothelioma (H28) tumors, we efficiently forced these cells to acquire senescent phenotype. We document that these senescent cells gain higher resistance to combined TRAIL and homoharringtonine (HHT) treatment and enhance sensitivity to other apoptogens such as FasL, camptothecin and mVES. These cells also showed increased expression of anti-apoptotic protein c-FLIP in senescent cells and changes in the expression of some Bcl-2 family proteins....

Muscle aging, in particular, is characterized by the reduction of tissue mass and function, which are particularly prominent in geriatric individuals undergoing sarcopenia. The age-associated muscle wasting is also associated with a decline in regenerative ability and a reduction in resident muscle stem cell (satellite cell) number and function. Although sarcopenia is one of the major contributors to the general loss of physiological function, the mechanisms involved in age-related loss of muscle homeostasis and satellite cell activity are yet poorly understood. Using a microarray-based transcriptome analysis of muscle stem cells isolated from young and physiologically aged/geriatric mice, we uncovered specific changes in the gene expression profile that highlighted key biological processes and potential molecular markers associated with satellite cell aging, which included p16INK4a. We used Bmi1-deficient mice to further explore the implications of p16INK4a up-regulation in satellite cell function. We found premature p16INK4a up-regulation in young/adult Bmi1-deficient satellite cells correlating with defects in satellite cell number, proliferation and self-renewal capacity. In addition we have identified a number of overlapping biological processes dysregulated in physiologically aged and Bmi1-deficient satellite cells, suggesting that Bmi1-dependent epigenetic regulation may underlie many of the intrinsic changes taking place in chronologically aged satellite cells. In addition, we show that Bmi1 loss causes defects of late postnatal/adult muscle growth characterized by reduced muscle mass with smaller muscle fibers, typical of atrophying senescent/sarcopenic muscle. Since p16INK4a expression is specifically up-regulated in muscle satellite cells of geriatric, sarcopenic mice and in a mouse model of accelerated senescence/sarcopenia (SAMP8), we propose that the Bmi1/p16INK4a axis might be particularly operative in muscle stem cells from the elderly. Muscle wasting is one of the physiological consequences of sarcopenia and the identification of novel factors regulating muscle growth and atrophy is of potential relevance for therapeutical applications. We have uncovered a new role for Sestrins as skeletal muscle growth promoting factors in the adult. We found Sestrins expression regulated in mouse models of skeletal muscle atrophy and hypertrophy and in human myopathies. Through a gain of function approach we show that Sestrins induce skeletal muscle growth, by activating the IGF1/PI3K/AKT pathway. / El envejecimiento del tejido muscular está caracterizado concretamente por una reducción global de la masa muscular y un empeoramiento de la función de tejido, particularmente prominentes en individuos muy viejos (geriátricos) que padecen sarcopenia. La pérdida muscular asociado a la edad, se acompaña de una reducción en la capacidad de regeneración del músculo y en una reducción del número y la función de las células madre residentes en el músculo (células satélite). Aunque la sarcopenia sea una de las causas principales de la pérdida general de función fisiológica del músculo, los mecanismos implicados en la reducción de la homeostasis muscular y de actividad de las células satélite no han sido completamente caracterizados. Mediante el análisis comparativo del transcriptoma de células madre musculares aisladas de ratones jóvenes y de ratones viejos (geriátricos), hemos encontrado cambios específicos en su perfil de expresión génica que apuntan a los procesos biológicos dominantes y a los marcadores moleculares potencialmente asociados con el envejecimiento de las células satélite, entre los que destaca p16INK4a. Por ello, hemos utilizado ratones deficientes en Bmi1 para explorar más profundamente las implicaciones de la sobreexpresión de p16INK4a en la función de las células satélite. Hemos encontrado que células satélite jóvenes del ratón Bmi1-/- presentan sobrexpresión de p16INK4a, que correlacionan con una reducción en el número de la células, y en su capacidad de proliferación y autorenovación. Además hemos identificado un grupo de procesos biológicos comunes entre las células satélite viejas y las deficientes en Bmi1, sugiriendo que la regulación epigenética mediada por Bmi1 puede ser la base de muchos de los cambios intrínsecos que ocurren en células envejecidas fisiológicamente. Además, demostramos que la pérdida Bmi1 causa defectos en el crecimiento postnatal/adulto del músculo, caracterizado por pérdida de masa muscular con fibras más pequeñas, típico del músculo atrofiado senescente o sarcopénico. Puesto que la expresión de p16 está aumentada específicamente en el músculo de ratones viejos, sarcopénicos y en un modelo del ratón con envejecimiento (senescencia) acelerado (SAMP8), proponemos que el eje Bmi1/p16 puede actuar particularmente en las células madre musculares de los ancianos. La pérdida de masa muscular es una de las consecuencias fisiológicas de la sarcopenia y la identificación de nuevos factores que regulen el crecimiento y atrofia del músculo es de gran importancia para aplicaciones terapéuticas. Hemos descubierto un nuevo papel de las Sestrinas como factores promotores del crecimiento del músculo esquelético en el adulto. Hemos encontrado que la expresión de las Sestrinas se regula en modelos del ratón de atrofia y de hipertrofia muscular y en miopatías humanas. Mediante experimentos de ganacia de función hemos demostrado que las Sestrinas inducen el crecimiento del músculo esquelético, activando el ruta de señalización de IGF1/PI3K/AKT

L’irradiation (IR) est utilisée dans le traitement de plusieurs cancers et désordres hématologiques, en particulier dans les protocoles de conditionnement précédents les transplantations de moelle osseuse. L’emploi de doses réduites d’IR semble favoriser le succès de la prise de greffe. Cette observation soulève un point de plus en plus discuté dans la littérature, soit l’importance de l’intégrité du microenvironnement pour la transplantation et le bon fonctionnement de l’hématopoïèse. L’IR induit la sénescence des cellules stromales de la moelle osseuse in vitro. Ce mécanisme de défense cellulaire entraînant un arrêt de prolifération permanent est également observé in vivo dans différents systèmes, mais n’a pas encore été étudié dans le contexte de la niche hématopoïétique. Les travaux présentés dans cette thèse ont pour objectif de déterminer si l’IR induit la sénescence des cellules stromales de la moelle osseuse et si une telle induction altère les fonctions hématopoïétiques. Nos résultats ont permis de démontrer pour la première fois qu’une IR corporelle totale induit effectivement la sénescence des cellules stromales de la moelle osseuse. En outre, cette altération du microenvironnement affecte la lymphopoïèse B de façon Ink4a/Arf-dépendante (1er article). De plus, les modifications systémiques qui résultent de l’IR compromettent l’homéostasie osseuse en augmentant la résorption de l’os, sans toutefois diminuer la formation de celui-ci (2e article). Ces données nous permettent de mieux comprendre les effets de la sénescence des cellules stromales de la moelle osseuse sur les fonctions hématopoïétiques. Par ailleurs, elles suggèrent que l’emploi de drogues et/ou de procédés n’induisant pas la sénescence des cellules stromales de l’os offrirait un meilleur pronostic à long terme pour les patients. / Ionizing radiation (IR) is used in the treatment of several cancers and hematological disorders, especially in conditioning regimens for bone marrow transplantation. Reduced doses of IR seem to favor the success of engraftment. This observation supports the growing evidences suggesting the importance of the microenvironment integrity for the success of bone marrow transplantation and hematopoiesis maintenance. IR induces senescence of bone marrow stromal cells in vitro. This defense mechanism which leads to a permanent cell growth arrest is also observed in different organs in vivo but has not yet been studied in the hematopoietic niche. The objectives of this doctoral thesis are to determine whether IR induces senescence of bone marrow stromal cells and whether such induction alters hematopoietic functions. Our results have demonstrated for the first time that total body IR actually induces the senescence of bone marrow stromal cells. Furthermore, this alteration of the microenvironment affects B lymphopoiesis in an Ink4a/Arf-dependent manner (paper #1). In addition, the systemic changes associated with IR compromise bone homeostasis by increasing bone resorption without reducing bone formation (paper #2). All together, these data enhance our knowledge related to the effects of IR-induced senescent bone marrow stromal cells on hematopoietic function. Moreover, our results suggest that using drugs and/or procedures inducing no senescent bone marrow stromal cells would provide a better long-term prognosis for patients.