Les cellules vasculaires dans la progéria de Hutchinson-Gilford accumulent une protéine défectueuse, la progérine, qui s'ancre à la membrane nucléaire et déclenche une cascade de dommages. L'un des événements précoces est la perte d'acétylation de l'histone H4 sur la lysine 16 (H4K16ac). Cette marque ne se contente pas d'orner la chromatine : elle affaiblit la liaison entre nucléosomes voisins, rendant l'empaquetage de l'ADN plus lâche, et aide la cellule à choisir la voie précise de réparation des cassures double brin, la recombinaison homologue. Quand H4K16ac disparaît, la chromatine se compacte et la réparation bascule vers une voie plus grossière et sujette aux erreurs, la jonction d'extrémités non homologues. Dans un travail précédent, les auteurs ont montré que dans les cellules vasculaires HGPS cette marque est fortement réduite, et ils se sont maintenant demandé quelles enzymes sont en cause et si l'on peut les « éteindre » pour rendre aux cellules leur jeunesse.
Les chercheurs ont réalisé un criblage à grande échelle dans deux lignées cellulaires cancéreuses : HeLa et U2OS. À l'aide de petits ARN interférents, ils ont éteint un par un les gènes de tous les candidats connus : les acétyltransférases KAT5 et KAT8, les onze désacétylases de la classe HDAC et les sept sirtuines. Le niveau de H4K16ac a été mesuré de deux façons : par immunofluorescence quantitative dans des noyaux individuels et par immunoblot des histones extraites des cellules. Ensuite, les enzymes clés ont été vérifiées dans des cellules vasculaires obtenues à partir de cellules souches pluripotentes induites de patients atteints de HGPS et de donneurs sains. Pour la confirmation pharmacologique, une panoplie d'inhibiteurs de sélectivité variable a été utilisée : BRD4884 (contre HDAC1/2), MI192 (contre HDAC2/3), santacruzamate A (présenté comme inhibiteur sélectif de HDAC2), quisinostat (inhibiteur large des HDAC) et EX527 (inhibiteur sélectif de SIRT1). Les cellules ont été traitées avec ces composés pendant 24 heures, puis H4K16ac, la morphologie des noyaux, le marqueur de prolifération Ki67, le marqueur de sénescence bêta-galactosidase et l'histone H2AX phosphorylée (γH2AX) comme indicateur de cassures double brin de l'ADN ont été évalués.
Dans les cellules HeLa et U2OS, l'extinction de KAT8 réduisait H4K16ac de 60–70 %, tandis que l'extinction de KAT5 n'avait presque aucun effet. Parmi les désacétylases, c'est la suppression de HDAC2 qui a donné l'effet le plus fort : le niveau de H4K16ac augmentait de 42–47 %. La suppression de SIRT1 augmentait la marque de 47–49 %, tandis que celle de HDAC1 ne la changeait pratiquement pas. La surexpression de HDAC2 et SIRT1 réduisait H4K16ac à 64–66 % du contrôle, confirmant leur rôle d'« effaceurs ». Les inhibiteurs pharmacologiques ciblant HDAC2 augmentaient H4K16ac dans les HeLa : santacruzamate A de 62 %, MI192 de 34 %, BRD4884 de 22 %, alors que l'inhibiteur de SIRT1 EX527 n'avait pas d'effet significatif. Dans les cellules vasculaires HGPS, le tableau était encore plus marqué : santacruzamate A élevait H4K16ac de 101 %, MI192 de 77 %, BRD4884 de 62 %, et EX527 seulement de 15 %. Le lonafarnib (inhibiteur de la farnésyltransférase, approuvé pour le HGPS) augmentait à lui seul H4K16ac de 39 %, et sa combinaison avec les inhibiteurs de HDAC2 maintenait les niveaux les plus élevés de la marque. La culture prolongée a montré que les inhibiteurs de HDAC2 préservaient la capacité des cellules à se diviser : au 20e passage, la proportion de cellules Ki67-positives était de 12 % dans le contrôle avec solvant, mais de 63–75 % après traitement par BRD4884, MI192 ou santacruzamate A, et la combinaison avec le lonafarnib atteignait 84 %. Le marqueur de sénescence bêta-galactosidase s'accumulait beaucoup plus lentement : une réduction de 58–73 % par rapport au contrôle. Les inhibiteurs de HDAC2 amélioraient aussi la forme des noyaux, la rapprochant de celle des cellules saines, et réduisaient le signal γH2AX de 26–50 %, indiquant un nombre moindre de cassures double brin.
Ce travail sépare pour la première fois clairement la contribution de HDAC2 et de SIRT1 à la régulation de H4K16ac dans les cellules vasculaires de la progéria. Dans les lignées cancéreuses à division rapide, les deux enzymes sont importantes, mais dans les cellules HGPS c'est HDAC2 qui se révèle le principal « effaceur » de cette marque protectrice. Cela explique pourquoi les inhibiteurs de SIRT1 n'ont pas d'effet thérapeutique et oriente les efforts vers le développement d'inhibiteurs sélectifs de HDAC2. Les résultats relient aussi la régulation épigénétique au choix de la voie de réparation de l'ADN : la restauration de H4K16ac semble rendre aux cellules la capacité de recombinaison homologue précise, réduisant l'accumulation des dommages.
Le sujet peut se développer dans plusieurs directions. Premièrement, des inhibiteurs plus sélectifs de HDAC2 sont nécessaires, car les composés utilisés ont des cibles secondaires. Deuxièmement, il est important de vérifier l'effet sur des modèles animaux de progéria afin d'évaluer l'impact sur les vaisseaux et la durée de vie. Troisièmement, la combinaison avec le lonafarnib semble prometteuse et nécessite une optimisation des doses et du mode d'administration. Enfin, il faudrait étudier quels gènes et quelles voies sont activés lors de la restauration de H4K16ac, pour comprendre le mécanisme de rajeunissement cellulaire.
Les résultats pourraient influencer le développement de thérapies pour la progéria et, éventuellement, d'autres maladies liées au vieillissement vasculaire accéléré. Les inhibiteurs de HDAC2 sont aussi envisagés comme candidats pour le traitement de la maladie d'Alzheimer, et ce travail fournit une justification supplémentaire pour leur étude.
Les prochaines étapes comprennent la vérification des inhibiteurs de HDAC2 sur des modèles animaux de progéria, l'évaluation de leur sécurité en usage prolongé et le développement de composés plus sélectifs. Il faut aussi déterminer quels processus cellulaires, outre la réparation de l'ADN, s'améliorent lors de la restauration de H4K16ac.
Dans le domaine de l'épigénétique du vieillissement, une question reste ouverte : pourquoi différentes cellules réagissent différemment à la perte de H4K16ac, la marque diminuant dans certains systèmes et augmentant dans d'autres. Ce travail montre que le facteur clé pourrait être l'équilibre entre acétyltransférases et désacétylases, qui dépend du type cellulaire et de l'état pathologique. Pour la médecine de la progéria, il est important de comprendre comment rétablir cet équilibre précisément dans les cellules vasculaires sans toucher aux autres tissus.
Le santacruzamate A, qui a montré le plus grand effet dans ce travail, a été isolé pour la première fois d'une cyanobactérie marine et nommé d'après l'île de Santa Cruz, où elle a été trouvée. Malgré les débats sur sa sélectivité, il reste un outil utile pour étudier HDAC2 dans les cellules.
Non publié sur arXiv. Voici sa page, le PDF et la formalisation : vous pouvez vérifier vous-même, pas seulement lire notre analyse.