Huidveroudering, beïnvloed door een combinatie van intrinsieke en extrinsieke factoren, leidt tot schade die de huidfuncties kan veranderen. Onder de extrinsieke factoren is ultraviolette (UV) straling verantwoordelijk voor fotoveroudering van de huid. Deze factoren leiden met name tot een ophoping van senescente cellen die kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van leeftijdsgerelateerde pathologieën zoals huidkanker. Senescentie gaat gepaard met ingrijpende morfologische en moleculaire veranderingen binnen de cel. Dit omvat een wijziging van het secretoom, dat verrijkt is met pro-inflammatoire cytokinen, groeifactoren en enzymen die de extracellulaire matrix hermodelleren, waardoor de eigenschappen van weefsels veranderen naarmate ze ouder worden. De precieze mechanismen die leiden tot het senescente fenotype dat door UVB wordt geïnduceerd, zijn echter nog grotendeels onbekend.
In deze context was het hoofddoel van dit werk het identificeren van moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan de totstandkoming van UVB-geïnduceerde senescentie in normale humane dermale fibroblasten (NHDF's), mechanismen die zouden kunnen bijdragen aan huidveroudering.
In vitro hebben we bevestigd dat herhaalde blootstelling aan UVB vroegtijdige senescentie induceert in NHDF's en dat deze toestand geassocieerd is met de activering van de drie takken van de UPR (Unfolded Protein Response)-route die verantwoordelijk is voor het in stand houden van de homeostase van het endoplasmatisch reticulum (ER), het primaire secretorische compartiment. Deze observaties werden ondersteund door transcriptomische analyse, waarbij regelgevende elementen gekoppeld aan de belangrijkste senescentiepaden en ER-functies in aan UVB blootgestelde NHDF's werden onthuld. Vervolgens toonden we aan dat de ATF6α tak een centrale rol speelt in het optreden van biomarkers van het senescente fenotype geïnduceerd door UVB. Inderdaad, ATF6α invalidatie beschermt niet alleen tegen UVB-geïnduceerde morfologische veranderingen, maar vermindert ook het percentage SA-βgalactosidase (SA-βgal)-positieve cellen, voorkomt hardnekkige DNA-schade en verandert de expressie van belangrijke factoren van het senescentie-geassocieerde secretoire fenotype (SASP).
Aangezien SASP onder andere een pro-tumorwerking heeft, wilden we nagaan of het geconditioneerde medium (CM) van fibroblasten blootgesteld aan UVB en ongeldig verklaard voor ATF6α de migratie en het invasiepotentieel van van melanoom afgeleide cellen zou kunnen beïnvloeden. We zagen echter geen ATF6α-afhankelijke pro-migratie of pro-invasieve effecten.
Om een mogelijke rol van ATF6α in een ander biologisch proces te benadrukken, maakten we gebruik van onze transcriptomische en secretomische analyses en identificeerden we een mogelijk effect van ATF6α op de paracriene controle van de huidomgeving. Om dit te onderzoeken hebben we ons gericht op de SASP-factoren (cytokinen en metalloproteasen) die door ATF6α worden gereguleerd en waarvan bekend is welke invloed ze hebben op de weefselomgeving. Vervolgens behandelden we een model van gereconstrueerde humane epidermis (RHE) met MC afkomstig van NHDF's die al dan niet blootgesteld waren aan UVB en al dan niet ATF6α bevatten. Verrassend genoeg zagen we dat MC van aan UVB blootgestelde NHDF's de dikte van de RHE en de proliferatie van basale keratinocyten verhoogde via een ATF6α-afhankelijk mechanisme. Tot slot identificeerden we IL8 als een belangrijke paracriene factor die betrokken is bij dit proces, aangezien IL-8 blokkade door neutraliserende antilichamen overmatige keratinocytenproliferatie voorkomt.
Abstract: Impact van de UPR pathway op de totstandkoming van het senescente fenotype geïnduceerd door UVB
Huidveroudering, beïnvloed door een combinatie van intrinsieke en extrinsieke factoren, kan leiden tot schade die de huidfuncties kan veranderen. Onder de extrinsieke factoren is ultraviolette (UV) straling verantwoordelijk voor fotoveroudering van de huid. Deze factoren dragen met name bij aan de accumulatie van senescente cellen die op hun beurt kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van leeftijdsgerelateerde pathologieën, waaronder huidkanker. Senescentie wordt gekenmerkt door ingrijpende morfologische en moleculaire veranderingen binnen de cel. Dit omvat een wijziging van het secretoom, dat verrijkt raakt met pro-inflammatoire cytokinen, groeifactoren en matrix-remodelleringsenzymen, waardoor de weefselkenmerken tijdens veroudering veranderen. De precieze mechanismen die het senescente fenotype veroorzaken dat door UVB wordt geïnduceerd, zijn echter nog grotendeels onbekend.
In deze context was het hoofddoel van dit werk het identificeren van de onderliggende moleculaire mechanismen die verantwoordelijk zijn voor de totstandkoming van UVB-geïnduceerde senescentie in normale humane dermale fibroblasten (NHDF's), mechanismen die een rol kunnen spelen bij huidveroudering.
In vitro bevestigden we dat herhaalde blootstelling aan UVB vroegtijdige senescentie van NHDF's induceert en dat deze toestand geassocieerd is met de activering van de drie takken van de Unfolded Protein Response (UPR), die verantwoordelijk zijn voor het in stand houden van de homeostase van het endoplasmatisch reticulum (ER), het primaire compartiment voor cellulaire secretie. Deze observaties werden ondersteund door transcriptomische analyse, waarbij regelgevende elementen gerelateerd aan de belangrijkste senescentiepaden en ER-functies in aan UVB blootgestelde NHDF's werden onthuld. Vervolgens toonden we aan dat de ATF6α tak een centrale rol speelt in de ontwikkeling van het UVB-geïnduceerde senescente fenotype. Het uitschakelen van ATF6α beschermt namelijk niet alleen tegen morfologische veranderingen geïnduceerd door UVB, maar vermindert ook het percentage senescentie-geassocieerde β-galactosidase (SA-βgal) positieve cellen, voorkomt de persistentie van DNA-schade en verandert de expressie van belangrijke factoren geassocieerd met het senescentie-geassocieerde secretoire fenotype (SASP).
De SASP, die een pro-tumorale werking heeft, leidde ertoe dat we onderzochten of het geconditioneerde medium (CM) van aan UVB blootgestelde fibroblasten die ATF6α bevatten, de migratie en het invasiepotentieel van melanoomcellen zou kunnen beïnvloeden. We zagen echter geen ATF6α-afhankelijke pro-migratie of pro-invasieve effecten.
Om een mogelijke rol van ATF6α in een ander biologisch proces te benadrukken, hebben we onze transcriptomische en secretomische analyses verder geanalyseerd en een mogelijk effect van ATF6α op de paracriene controle van de huidomgeving geïdentificeerd. Om dit te onderzoeken hebben we ons gericht op SASP-factoren (cytokinen en metalloproteïnasen) die door ATF6α worden gereguleerd en waarvan bekend is welke invloed ze hebben op de weefselomgeving. Vervolgens behandelden we een gereconstrueerd humaan epidermismodel (RHE) met CM van NHDF's die wel of niet blootgesteld waren aan UVB en wel of niet ATF6α bevatten. Verrassend genoeg zagen we dat het CM van aan UVB blootgestelde NHDF's de dikte van de RHE en de proliferatie van basale keratinocyten verhoogde via een ATF6α-afhankelijk mechanisme. Tot slot identificeerden we IL8 als een belangrijke paracriene factor die betrokken is bij dit proces, aangezien het blokkeren van IL-8 met neutraliserende antilichamen overmatige proliferatie van keratinocyten voorkwam. Concluderend rapporteren we de rol van ATF6α in UVB-geïnduceerde senescentie en de invloed ervan op het behoud van de homeostase van de huid onder stressomstandigheden, met name via de regulatie van de expressie van SASP-componenten. Dit suggereert dat ATF6α en zijn effectoren veelbelovende doelen zouden kunnen zijn voor het beheersen van de effecten van huidveroudering.
