Rapport de recherche sur les changements métabolomiques des myoblastes sénescent

Contexte de l’étude

Avec l’âge, la fonction des muscles squelettiques se détériore progressivement, un phénomène étroitement lié au vieillissement des cellules souches musculaires (cellules satellites). Les cellules satellites jouent un rôle clé dans la réparation des dommages musculaires. Cependant, au cours du vieillissement, leur fonction décline progressivement, entraînant une diminution de la capacité de régénération musculaire. Récemment, les scientifiques ont découvert que le vieillissement cellulaire ne se manifeste pas seulement par un arrêt permanent du cycle cellulaire, mais aussi par un phénomène appelé “phénotype sécrétoire associé au vieillissement” (SASP, Senescence-Associated Secretory Phenotype). Le SASP fait référence à la libération massive de métabolites et de cytokines par les cellules sénescentes, qui peuvent avoir des effets négatifs sur les cellules environnantes et les tissus. Cependant, les recherches sur les changements métabolomiques des cellules musculaires squelettiques vieillissantes, en particulier sur leur exométabolome, restent très limitées. Par conséquent, cette étude vise à explorer les changements métabolomiques des myoblastes sénescent, en mettant l’accent sur les caractéristiques de leur exométabolome, ainsi que sur la relation entre ces changements et les signaux SASP.

Source de l’article

Cette recherche a été réalisée par Michael Kamal, Meera Shanmuganathan, Zachery Kroezen, Sophie Joanisse, Philip Britz-McKibbin et Gianni Parise. L’équipe de recherche est issue du groupe de recherche sur le métabolisme de l’exercice, du département de chimie et de biologie chimique de l’Université McMaster au Canada, ainsi que de l’École des sciences de la vie de l’Université de Nottingham au Royaume-Uni. Cet article a été publié pour la première fois le 27 décembre 2024 dans la revue American Journal of Physiology-Cell Physiology, avec le DOI 10.1152/ajpcell.00880.2024.

Protocole de recherche

1. Culture cellulaire et induction du vieillissement

L’étude utilise des myoblastes C2C12 comme modèle expérimental, obtenus auprès de l’American Type Culture Collection et cultivés dans un milieu DMEM contenant 10 % de sérum fœtal bovin et 1 % de pénicilline/streptomycine. Pour induire le vieillissement cellulaire, les chercheurs ont traité les cellules avec de la bléomycine (bleomycin), un agent chimiothérapeutique capable de provoquer des cassures double brin de l’ADN et prouvé pour induire efficacement la sénescence cellulaire. Les cellules ont été traitées avec de la bléomycine ou un solvant contrôle (DMSO) pendant 12 heures lorsqu’elles atteignaient 50-60 % de confluence, puis elles ont été lavées et le milieu de culture a été renouvelé. Les cellules et le milieu ont été collectés après 24 heures pour analyse ultérieure.

2. Analyse métabolomique

Les chercheurs ont utilisé la technique de spectrométrie de masse couplée à l’électrophorèse capillaire (CE-MS) pour analyser de manière non ciblée le métabolome des cellules et du milieu de culture. Les étapes spécifiques incluent :
- Préparation des échantillons : Les échantillons cellulaires et de milieu de culture ont été lentement décongelés sur glace, puis mélangés avec une solution de méthanol/eau contenant des standards internes, vortexés, centrifugés, et le surnageant a été prélevé pour analyse.
- Séparation et détection des métabolites : Un spectromètre de masse à temps de vol Agilent 6230 (TOF-MS) et un système d’électrophorèse capillaire Agilent G7100A ont été utilisés pour la séparation et la détection des métabolites. Les conditions d’analyse comprenaient l’analyse des métabolites polaires en mode ion positif et négatif, ainsi que l’analyse des acides gras non estérifiés en mode ion négatif.
- Analyse des données : Le logiciel MetaboAnalyst 6.0 a été utilisé pour le traitement des données et l’analyse statistique, y compris l’analyse en composantes principales (ACP), l’analyse hiérarchique de clustering (HCA), ainsi que l’analyse du réseau d’interaction gènes-métabolites.

3. Expériences de réponse dose-métabolite

Les chercheurs ont sélectionné quatre métabolites significativement augmentés dans le milieu de culture des cellules sénescentes pour des expériences supplémentaires : l’oxyde de triméthylamine (TMAO), la xanthine, la choline et l’acide oléique. Ces métabolites ont été testés à des concentrations physiologiques (1×) et supraphysiologiques (10×) sur des myoblastes sains afin d’évaluer leur impact sur les marqueurs de sénescence cellulaire et l’expression des gènes SASP.
- Détection des marqueurs de sénescence : La sénescence a été évaluée par coloration à la β-galactosidase associée à la sénescence (SA-β-gal), un test de prolifération cellulaire (méthode MTT), la détection des expressions des protéines p53 et p21, ainsi que celle de la protéine γ-H2AX.
- Détection de l’expression des gènes SASP : L’expression des gènes SASP tels que Ccl2, Cxcl12, Il33 et Cyr61 a été mesurée par PCR quantitative en temps réel (qPCR).

4. Analyse du réseau d’interaction gènes-métabolites

Pour approfondir la relation entre les métabolites et les gènes de sénescence, les chercheurs ont utilisé l’ensemble de gènes SenMayo (une base de données contenant des gènes associés au vieillissement cellulaire dans divers tissus et espèces). Un réseau d’interaction gènes-métabolites a été construit à l’aide du logiciel Cytoscape pour identifier les métabolites fortement liés aux gènes de sénescence.

Résultats principaux

1. Changement significatif de l’exométabolome des myoblastes sénescent

Grâce à l’analyse CE-MS, les chercheurs ont découvert que l’exométabolome des myoblastes sénescent avait changé de manière significative, avec 40 métabolites augmentés de manière significative dans le milieu de culture des cellules sénescentes, principalement des acides gras non estérifiés et des métabolites d’acides aminés. Parmi eux, la libération d’acides gras tels que l’acide oléique, l’acide arachidonique et l’acide palmitique a considérablement augmenté. De plus, les changements dans le métabolome intracellulaire étaient relativement faibles, avec seulement quelques métabolites comme l’acide arachidonique et la tyrosine augmentant de manière significative.

2. Impact des métabolites sur la sénescence cellulaire

Les expériences de réponse dose-métabolite ont montré que le traitement individuel avec TMAO, xanthine, choline ou acide oléique n’induisait pas significativement la sénescence cellulaire. Bien que le traitement à l’acide oléique ait augmenté l’expression de l’ARNm de p53, d’autres marqueurs de sénescence tels que l’activité SA-β-gal et l’expression de la protéine p21 n’ont pas changé de manière significative. De plus, le traitement à l’acide oléique a significativement augmenté l’expression des gènes SASP tels que Ccl2, Cxcl12 et Il33, suggérant que l’acide oléique pourrait jouer un rôle dans la régulation des signaux SASP.

3. Corrélation entre l’acide oléique et les gènes de sénescence

L’analyse du réseau d’interaction gènes-métabolites a montré que l’acide oléique est fortement corrélé à plusieurs gènes de sénescence, notamment IL8, MMP9 et EDN1. Ces gènes jouent un rôle important dans les voies de signalisation SASP, suggérant que l’acide oléique pourrait réguler le SASP en influençant l’expression de ces gènes.

Conclusion de l’étude

Cette étude analyse pour la première fois de manière systématique les changements de l’exométabolome des myoblastes sénescent, révélant que les cellules sénescentes libèrent de grandes quantités d’acides gras non estérifiés, en particulier l’acide oléique, qui pourrait jouer un rôle important dans la régulation des signaux SASP. Bien que ces métabolites ne puissent pas induire la sénescence cellulaire de manière autonome, ils pourraient indirectement réguler le microenvironnement des cellules sénescentes en influençant l’expression des gènes SASP. Cette découverte offre une nouvelle perspective pour comprendre les mécanismes moléculaires du vieillissement musculaire squelettique et fournit des cibles potentielles pour le développement de stratégies thérapeutiques contre les maladies liées au vieillissement.

Points forts de l’étude

1. Première analyse systématique de l’exométabolome : Cette étude décrit pour la première fois en détail les changements de l’exométabolome des myoblastes sénescent, révélant le rôle important des acides gras non estérifiés dans le processus de vieillissement.
   
2. Rôle potentiel de l’acide oléique : L’étude montre que l’acide oléique peut significativement augmenter l’expression de plusieurs gènes SASP, suggérant son rôle potentiel dans la régulation du SASP.
   
3. Construction du réseau d’interaction gènes-métabolites : À l’aide de l’ensemble de gènes SenMayo et du logiciel Cytoscape, les chercheurs ont construit un réseau d’interaction gènes-métabolites, offrant un nouvel outil pour comprendre le rôle des métabolites dans le vieillissement.
   

Signification de l’étude

Cette recherche enrichit non seulement notre compréhension des mécanismes du vieillissement musculaire squelettique, mais fournit également de nouvelles perspectives pour le développement de stratégies thérapeutiques contre les maladies liées au vieillissement. En particulier, le rôle potentiel de l’acide oléique dans la régulation des signaux SASP pourrait offrir de nouvelles cibles pour le traitement du vieillissement musculaire et des maladies associées. De plus, les méthodes métabolomiques non ciblées et l’analyse du réseau d’interaction gènes-métabolites utilisées dans cette étude fournissent des lignes directrices expérimentales et techniques applicables à d’autres recherches sur le vieillissement.