Differential Apaf-1 levels allow cytochrome c to induce apoptosis in brain tumors but not in normal neural tissues.

Brain tumors are typically resistant to conventional chemotherapeutics, most of which initiate apoptosis upstream of mitochondrial cytochrome c release. In this study, we demonstrate that directly activating apoptosis downstream of the mitochondria, with cytosolic cytochrome c, kills brain tumor cells but not normal brain tissue. Specifically, cytosolic cytochrome c is sufficient to induce apoptosis in glioblastoma and medulloblastoma cell lines. In contrast, primary neurons from the cerebellum and cortex are remarkably resistant to cytosolic cytochrome c. Importantly, tumor tissue from mouse models of both high-grade astrocytoma and medulloblastoma display hypersensitivity to cytochrome c when compared with surrounding brain tissue. This differential sensitivity to cytochrome c is attributed to high Apaf-1 levels in the tumor tissue compared with low Apaf-1 levels in the adjacent brain tissue. These differences in Apaf-1 abundance correlate with differences in the levels of E2F1, a previously identified activator of Apaf-1 transcription. ChIP assays reveal that E2F1 binds the Apaf-1 promoter specifically in tumor tissue, suggesting that E2F1 contributes to the expression of Apaf-1 in brain tumors. Together, these results demonstrate an unexpected sensitivity of brain tumors to postmitochondrial induction of apoptosis. Moreover, they raise the possibility that this phenomenon could be exploited therapeutically to selectively kill brain cancer cells while sparing the surrounding brain parenchyma.

HDAC inhibitors cause site-specific chromatin remodeling at PU.1-bound enhancers in K562 cells

BACKGROUND: Small molecule inhibitors of histone deacetylases (HDACi) hold promise as anticancer agents for particular malignancies. However, clinical use is often confounded by toxicity, perhaps due to indiscriminate hyperacetylation of cellular proteins. Therefore, elucidating the mechanisms by which HDACi trigger differentiation, cell cycle arrest, or apoptosis of cancer cells could inform development of more targeted therapies. We used the myelogenous leukemia line K562 as a model of HDACi-induced differentiation to investigate chromatin accessibility (DNase-seq) and expression (RNA-seq) changes associated with this process. RESULTS: We identified several thousand specific regulatory elements [~10 % of total DNase I-hypersensitive (DHS) sites] that become significantly more or less accessible with sodium butyrate or suberanilohydroxamic acid treatment. Most of the differential DHS sites display hallmarks of enhancers, including being enriched for non-promoter regions, associating with nearby gene expression changes, and increasing luciferase reporter expression in K562 cells. Differential DHS sites were enriched for key hematopoietic lineage transcription factor motifs, including SPI1 (PU.1), a known pioneer factor. We found PU.1 increases binding at opened DHS sites with HDACi treatment by ChIP-seq, but PU.1 knockdown by shRNA fails to block the chromatin accessibility and expression changes. A machine-learning approach indicates H3K27me3 initially marks PU.1-bound sites that open with HDACi treatment, suggesting these sites are epigenetically poised. CONCLUSIONS: We find HDACi treatment of K562 cells results in site-specific chromatin remodeling at epigenetically poised regulatory elements. PU.1 shows evidence of a pioneer role in this process by marking poised enhancers but is not required for transcriptional activation.

The Ets transcription factors of the PEA3 group: Transcriptional regulators in metastasis

The PEA3 group is composed of three highly conserved Ets transcription factors: Erm, Er81, and Pea3. These proteins regulate transcription of multiple genes, and their transactivating potential is affected by post-translational modifications. Among their target genes are several matrix metalloproteases (MMPs), which are enzymes degrading the extracellular matrix during normal remodelling events and cancer metastasis. In fact, PEA3-group genes are often over-expressed in different types of cancers that also over-express these MMPs and display a disseminating phenotype. Experimental regulation of the synthesis of PEA3 group members influences the metastatic process. This suggests that these factors play a key role in metastasis. © 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Solution structure of the N-terminal transactivation domain of ERM modified by SUMO-1.

ERM is a member of the PEA3 group of the Ets transcription factor family that plays important roles in development and tumorigenesis. The PEA3s share an N-terminal transactivation domain (TADn) whose activity is inhibited by small ubiquitin-like modifier (SUMO). However, the consequences of sumoylation and its underlying molecular mechanism remain unclear. The domain structure of ERM TADn alone or modified by SUMO-1 was analyzed using small-angle X-ray scattering (SAXS). Low resolution shapes determined ab initio from the scattering data indicated an elongated shape and an unstructured conformation of TADn in solution. Covalent attachment of SUMO-1 does not perturb the structure of TADn as indicated by the linear arrangement of the SUMO moiety with respect to TADn. Thus, ERM belongs to the growing family of proteins that contain intrinsically unstructured regions. The flexible nature of TADn may be instrumental for ERM recognition and binding to diverse molecular partners.

HIF-1 and NF-kappaB-mediated upregulation of CXCR1 and CXCR2 expression promotes cell survival in hypoxic prostate cancer cells

Hypoxic cancer cells are resistant to treatment, leading to the selection of cells with a more malignant phenotype. The expression of interleukin-8 (IL-8) plays an important role in the tumorigenesis and metastasis of solid tumors including prostate cancer. Recently, we detected elevated expression of IL-8 and IL-8 receptors in human prostate cancer tissue. The objective of the current study was to determine whether hypoxia increases IL-8 and IL-8 receptor expression in prostate cancer cells and whether this contributes to a survival advantage in hypoxic cells. IL-8, CXCR1 and CXCR2 messenger RNA (mRNA) expression in PC3 cells was upregulated in response to hypoxia in a time-dependent manner. Elevated IL-8 secretion following hypoxia was detected by enzyme-linked immunosorbent assay, while immunoblotting confirmed elevated receptor expression. Attenuation of hypoxia-inducible factor (HIF-1) and nuclear factor-kappaB (NF-kappaB) transcriptional activity using small interfering RNA (siRNA), a HIF-1 dominant-negative and pharmacological inhibitors, abrogated hypoxia-induced transcription of CXCR1 and CXCR2 in PC3 cells. Furthermore, chromatin-IP analysis demonstrated binding of HIF-1 and NF-kappaB to CXCR1. Finally, inhibition of IL-8 signaling potentiated etoposide-induced cell death in hypoxic PC3 cells. These results suggest that IL-8 signaling confers a survival advantage to hypoxic prostate cancer cells, and therefore, strategies to inhibit IL-8 signaling may sensitize hypoxic tumor cells to conventional treatments.

Claudin-1 Has Tumor Suppressive Activity and Is a Direct Target of RUNX3 in Gastric Epithelial Cells

BACKGROUND & AIMS: The transcription Factor RUNX3 is a gastric tumor suppressor. Tumorigenic Runx3(-/-) gastric epithelial cells attach weakly to each other, compared with nontumorigenic Runx3(+/+) cells. We alined to identify RUNX3 target genes that promote cell-cell contact to Improve our understanding of RUNX3's role in Suppressing gastric carcinogenesis. METHODS: We compared gene expression profiles of Runx3(+/+) and Runx3(-/-) cells and observed down-regulation of genes associated with cell-cell adhesion in Runx3(-/-) cells. Reporter, mobility shift, and chromatin immunoprecipitation assays were used to examine the regulation of these genes by RUNX3. Tumorigenesis assays and immunohistologic, analyses of human gastric tumors were performed to confirm the role of the candidate genes ill gastric tumor development. RESULTS: Mobility shift and chromatin immunoprecipitation assays revealed that the promoter activity of the gene that encodes the tight Junction protein claudin-1 was up-regulated via the binding of RUNX3 to the RUNX consensus sites. The tumorigenicity of gastric epithelial cells From Runx3(-/-) mice was significantly reduced by restoration of claudin-1 expression, whereas knockdown of claudin-1. increased the tumorigenicity of human gastric cancer cells. Concomitant expression of RUNX3 and claudin-1 was observed in human normal gastric epithelium and cancers. CONCLUSIONS: The tight junction protein claudin-1 has gastric tumor suppressive activity and is a direct transcriptional target of RUNX3. Claudin-1 is down-regulated during the epithelial-mesenchymal transition; RUNX3 might therefore act as a tumor suppressor to antagonize the epithelial-mesenchymal transition.

Sp1-dependent activation of HDAC7 is required for platelet-derived growth factor-BB-induced smooth muscle cell differentiation from stem cells

We have previously demonstrated that histone deacetylase 7 (HDAC7) expression and splicing play an important role in smooth muscle cell (SMC) differentiation from embryonic stem (ES) cells, but the molecular mechanisms of increased HDAC7 expression during SMC differentiation are currently unknown. In this study, we found that platelet-derived growth factor-BB (PDGF-BB) induced a 3-fold increase in the transcripts of HDAC7 in differentiating ES cells. Importantly, our data also revealed that PDGF-BB regulated HDAC7 expression not through phosphorylation of HDAC7 but through transcriptional activation. By dissecting its promoters with progressive deletion analysis, we identified the sequence between -343 and -292 bp in the 5'-flanking region of the Hdac7 gene promoter as the minimal PDGF-BB-responsive element, which contains one binding site for the transcription factor, specificity protein 1 (Sp1). Mutation of the Sp1 site within this PDGF-BB-responsive element abolished PDGF-BB-induced HDAC7 activity. PDGF-BB treatment enhanced Sp1 binding to the Hdac7 promoter in differentiated SMCs in vivo as demonstrated by the chromatin immunoprecipitation assay. Moreover, we also demonstrated that knockdown of Sp1 abrogated PDGF-BB-induced HDAC7 up-regulation and SMC differentiation gene expression in differentiating ES cells, although enforced expression of Sp1 alone was sufficient to increase the activity of the Hdac7 promoter and expression levels of SMC differentiation genes. Importantly, we further demonstrated that HDAC7 was required for Sp1-induced SMC differentiation of gene expression. Our data suggest that Sp1 plays an important role in the regulation of Hdac7 gene expression in SMC differentiation from ES cells. These findings provide novel molecular insights into the regulation of HDAC7 and enhance our knowledge in SMC differentiation and vessel formation during embryonic development.

IHG-1 promotes mitochondrial biogenesis by stabilizing PGC-1α

Increased expression of Induced-by-High-Glucose 1 (IHG-1) associates with tubulointerstitial fibrosis in diabetic nephropathy. IHG-1 amplifies TGF-ß1 signaling, but the functions of this highly-conserved protein are not well understood. IHG-1 contains a putative mitochondrial-localization domain, and here we report that IHG-1 is specifically localized to mitochondria. IHG-1 overexpression increased mitochondrial mass and stabilized peroxisome proliferator-activated receptor ? coactivator-1a (PGC-1a). Conversely, inhibition of IHG-1 expression decreased mitochondrial mass, downregulated mitochondrial proteins, and PGC-1a-regulated transcription factors, including nuclear respiratory factor 1 and mitochondrial transcription factor A (TFAM), and reduced activity of the TFAM promoter. In the unilateral ureteral obstruction model, we observed higher PGC-1a protein expression and IHG-1 levels with fibrosis. In a gene-expression database, we noted that renal biopsies of human diabetic nephropathy demonstrated higher expression of genes encoding key mitochondrial proteins, including cytochrome c and manganese superoxide dismutase, compared with control biopsies. In summary, these data suggest that IHG-1 increases mitochondrial biogenesis by promoting PGC-1a-dependent processes, potentially contributing to the pathogenesis of renal fibrosis.

Association between the 5q31.1 gene neurogenin1 and schizophrenia

Multiple lines of evidence suggest that schizophrenia results from aberrant neurodevelopment. The neurogenin1 gene (neurog1) consists of a single 1,666 bp exon that encodes a basic helix-loop-helix (bHLH) transcription factor that causes neuronal differentiation and induces cortical and glutamatergic differentiation programs. Because of its function and its location in 5q31.1, which has been linked to schizophrenia in multiple samples, we tested it for association with the disorder. We sequenced neurog1 in 25 affected subjects from the Irish Study of High-Density Schizophrenia Families. We observed a 5'-UTR SNP at position -60, already present in databases as rs8192558, and tested it along with rs2344485, rs8192559, and rs2344484. Narrow, intermediate, and broad diagnostic definitions were used. The major alleles of rs8192558 and rs2344484 were over-transmitted to affected subjects using both Pedigree Disequilibrium Test (PDT) (0.01 <or = P <or = 0.06) and FBAT (0.02 <or = P <or = 0.07). A haplotype consisting of the major alleles of all four SNPs was significantly over-transmitted in FBAT to the broad definition (P = 0.049), with trend significance to the narrow and intermediate definitions, and with trend significance in PDT. In confirmatory tests using 657 cases and 411 controls, this haplotype was slightly but not significantly over-represented in cases (81% vs. 77%, P = 0.21). These results, along with a priori evidence for the involvement of neurog1 in neurodevelopment, suggest that variants in neurog1 might have a small effect on susceptibility to schizophrenia. This gene should be tested in additional and larger samples.

Hydrogen peroxide sensing, signaling and regulation of transcription factors

The regulatory mechanisms by which hydrogen peroxide (H2O2) modulates the activity of transcription factors in bacteria (OxyR and PerR), lower eukaryotes (Yap1, Maf1, Hsf1 and Msn2/4) and mammalian cells (AP-1, NRF2, CREB, HSF1, HIF-1, TP53, NF-κB, NOTCH, SP1 and SCREB-1) are reviewed. The complexity of regulatory networks increases throughout the phylogenetic tree, reaching a high level of complexity in mammalians. Multiple H2O2 sensors and pathways are triggered converging in the regulation of transcription factors at several levels: (1) synthesis of the transcription factor by upregulating transcription or increasing both mRNA stability and translation; (ii) stability of the transcription factor by decreasing its association with the ubiquitin E3 ligase complex or by inhibiting this complex; (iii) cytoplasm-nuclear traffic by exposing/masking nuclear localization signals, or by releasing the transcription factor from partners or from membrane anchors; and, (iv) DNA binding and nuclear transactivation by modulating transcription factor affinity towards DNA, co-activators or repressors, and by targeting specific regions of chromatin to activate individual genes. We also discuss how H2O2 biological specificity results from diverse thiol protein sensors, with different reactivity of their sulfhydryl groups towards H2O2, being activated by different concentrations and times of exposure to H2O2. The specific regulation of local H2O2 concentrations is also crucial and results from H2O2 localized production and removal controlled by signals. Finally, we formulate equations to extract from typical experiments quantitative data concerning H2O2 reactivity with sensor molecules. Rate constants of 140 M-1s−1 and ≥ 1.3 × 103 M-1s−1 were estimated, respectively, for the reaction of H2O2 with KEAP1 and with an unknown target that mediates NRF2 protein synthesis. In conclusion, the multitude of H2O2 targets and mechanisms provides an opportunity for highly specific effects on gene regulation that depend on the cell type and on signals received from the cellular microenvironment.

An inhibitor of HIV-1 protease modulates constitutive eIF2α dephosphorylation to trigger a specific integrated stress response.

Inhibitors of the HIV aspartyl protease [HIV protease inhibitors (HIV-PIs)] are the cornerstone of treatment for HIV. Beyond their well-defined antiretroviral activity, these drugs have additional effects that modulate cell viability and homeostasis. However, little is known about the virus-independent pathways engaged by these molecules. Here we show that the HIV-PI Nelfinavir decreases translation rates and promotes a transcriptional program characteristic of the integrated stress response (ISR). Mice treated with Nelfinavir display hallmarks of this stress response in the liver, including α subunit of translation initiation factor 2 (eIF2α) phosphorylation, activating transcription factor-4 (ATF4) induction, and increased expression of known downstream targets. Mechanistically, Nelfinavir-mediated ISR bypassed direct activation of the eIF2α stress kinases and instead relied on the inhibition of the constitutive eIF2α dephosphorylation and down-regulation of the phophatase cofactor CReP (Constitutive Repressor of eIF2α Phosphorylation; also known as PPP1R15B). These findings demonstrate that the modulation of eIF2α-specific phosphatase cofactor activity can be a rheostat of cellular homeostasis that initiates a functional ISR and suggest that the HIV-PIs could be repositioned as therapeutics in human diseases to modulate translation rates and stress responses.

Études sur la dérégulation des cytokines et des cellules Natural Killer chez les patients infectés par le VIH-1

La prolifération, la différenciation ainsi que les fonctions des cellules du système immunitaire sont contrôlées en partie par les cytokines. Lors de l’infection par le VIH-1, les défauts observés dans les fonctions, la maintenance, ainsi que la consistance des cellules du système immunitaire sont en large partie attribués à une production altérée des cytokines et à un manque d’efficacité au niveau de leurs effets biologiques. Durant ces études, nous nous sommes intéréssés à la régulation et aux fonctions de deux cytokines qui sont l’IL-18 et l’IL-21. Nous avons observé une corrélation inversée significative entre les concentrations sériques d’IL-18 et le nombre des cellules NK chez les patients infectés par le VIH-1. Nos expériences in vitro ont démontré que cette cytokine induit l’apoptose des cellules NK primaires et que cette mort peut être inhibée par des anticorps neutralisants spécifiques pour FasL et TNF-α. Cette mort cellulaire est due à l’expression de FasL sur les cellules NK et à la production de TNF-α par ces cellules. L’IL-18 augmente aussi la susceptibilité à la mort des cellules NK par un stimulus pro-apoptotique, en diminuant l’expression de la protéine anti-apoptotique Bcl-XL. Nous démontrons aussi que, contrairement à l’IL-18, les niveaux d’IL-18BP sont plus faibles dans les sérum de patients infectés. Ceci résulte sur une production non coordonnée de ces deux facteurs, aboutissant à des niveaux élevés d’IL-18 libre et biologiquement active chez les patients infectés. L’infection de macrophages in vitro induit la production d’IL-18 et réduit celle d’IL-18BP. De plus, l’IL-10 et le TGF-β, dont les concentrations sont élevées chez les patients infectés, réduisent la production d’IL-18BP par les macrophages in vitro. Finalement, nous démontrons que l’IL-18 augmente la réplication du VIH-1 dans les lymphocytes T CD4+ infectés. Les niveaux élevés d’IL-18 libres et biologiquement actives chez les patients infectés contribuent donc à l’immuno-pathogénèse induite par le VIH-1 en perturbant l’homéostasie des cellules NK ainsi qu’en augmentant la réplication du virus chez les patients. Ces études suggèrent donc la neutralisation des effets néfastes de l’IL-18 en utilisant son inhibiteur naturel soit de l’IL-18BP exogène. Ceci permettrait de moduler l’activité de l’IL-18 in vivo à des niveaux souhaitables. L’IL-21 joue un rôle clef dans le contrôle des infections virales chroniques. Lors de ces études, nous avons déterminé la dynamique de la production d’IL-21 lors de l’infection par le VIH-1 et sa conséquence sur la survie des cellules T CD4+ et la fréquence des cellules T CD8+ spécifiques au VIH-1. Nous avons démontré que sa production est compromise tôt au cours de l’infection et que les concentrations d’IL-21 corrèlent avec le compte de cellules T CD4+ chez les personnes infectées. Nos études ont démontré que le traitement antirétroviral restaure partiellement la production d’IL-21. De plus, l’infection par le VIH-1 de cellules T CD4+ humaines inhibe sa production en réduisant l’expression du facteur de transcription c-Maf. Nous avons aussi démontré que la fréquence des cellules T CD4+ spécifiques au VIH-1 qui produisent de l’IL-21 est réduite chez les patients virémiques. Selon nos résultats, l’IL-21 empêche l’apoptose spontanée des cellules T CD4+ de patients infectés et l’absence d’IL-21 réduit la fréquence des cellules T CD8+ spécifiques au VIH-1 chez ces patients. Nos résultats démontrent que l'IL-21R est exprimé de façon égale sur tous les sous-types de cellules NK chez les donneurs sains et chez les patients infectés. L’IL-21 active les protéines STAT-3, MAPK et Akt afin d'augmenter les fonctions effectrices des cellules NK. L'activation de STAT-3 joue un rôle clef dans ces fonctions avec ou sans un traitement avec de l'IL-21. L'IL-21 augmente l'expression des protéines anti-apoptotiques Bcl-2 et Bcl-XL, augmente la viabilité des cellules NK, mais ne possède aucun effet sur leur prolifération. Nous démontrons de plus que l'IL-21 augmente l'ADCC, les fonctions sécrétrices et cytotoxiques ainsi que la viabilité des cellules NK provenant de patients chroniquement infectés par le VIH-1. De plus, cette cytokine semble présenter ces effets sans augmenter en contrepartie la réplication du VIH-1. Elle permet donc d'inhiber la réplication virale lors de co-cultures autologues de cellules NK avec des cellules T CD4+ infectées d'une manière dépendante à l'expression de perforine et à l'utilisation de la protéine LFA-1. Les niveaux d’IL-21 pourraient donc servir de marqueurs biologiques pour accompagner les informations sur le taux de cellules T CD4+ circulantes en nous donnant des informations sur l’état de fonctionnalité de ce compartiment cellulaire. De plus, ces résultats suggèrent l’utilisation de cette cytokine en tant qu’agent immunothérapeutique pour restaurer les niveaux normaux d’IL-21 et augmenter la réponse antivirale chez les patients infectés par le VIH-1.

Étude de la collaboration entre les facteurs de transcription hématopoïétiques lors du développement et de la différenciation des cellules érythroïdes

La régulation transcriptionnelle des gènes est cruciale pour permettre le bon fonctionnement des cellules. Afin que les cellules puissent accomplir leurs fonctions, les gènes doivent être exprimés adéquatement dans le bon type cellulaire et au stade de développement et de différenciation approprié. Un dérèglement dans l’expression de un ou plusieurs gènes peut entraîner de graves conséquences sur le destin de la cellule. Divers éléments en cis (ex : promoteurs et enhancers) et en trans (machinerie transcriptionnelle et facteurs de transcription) sont impliqués dans la régulation de la transcription. Les gènes du locus humain beta-globine (hub) sont exprimés dans les cellules érythroïdes et sont finenement régulés lors du développement et de la différenciation. Des mutations dans différentes régions du locus causent entre autres les beta-thalassémies. Nous avons utilisé ce modèle bien caractérisé afin d’étudier différents mécanismes de régulation favorisés par les facteurs de transcription qui sont exprimés dans les cellules érythroïdes. Nous nous sommes intéressés à l’importance de l’élément en cis HS2 du Locus control region. Cet élément possède plusieurs sites de liaison pour des facteurs de transcription impliqués dans la régulation des gènes du locus hub. Nos résultats montrent que HS2 possède un rôle dans l’organisation de la chromatine du locus qui peut être dissocié de son rôle d’enhancer. De plus, HS2 n’est pas essentiel pour l’expression à haut niveau du gène beta alors qu’il est important pour l’expression des gènes gamma. Ceci suggère que le recrutement des différents facteurs au site HS2 lors du développement influence différement les gènes du locus. Dans un deuxième temps, nous avons investigué l’importance de HS2 lors de la différenciation des cellules érythroïdes. Il avait été rapporté que l’absence de HS2 influence grandement la potentialisation de la chromatine du gène beta. La potentialisation dans les cellules progénitrices favorise l’activation transcriptionnelle du gène dans les cellules matures. Nous avons caractérisé le recrutement de différents facteurs de transcription au site HS2 et au promoteur beta dans les cellules progénitrices hématopoïétiques (CPH) ainsi que dans les cellules érythroïdes matures. Nos résultats montrent que le facteur EKLF est impliqué dans la potentialisation de la chromatine et favorise le recrutement des facteurs BRG1, p45 et CBP dans les CPH. L’expression de GATA-1 dans les cellules érythroïdes matures permet le recrutement de GATA-1 au locus hub dans ces cellules. Ces données suggèrent que la combinaison de EKLF et GATA-1 est requise pour permettre une activation maximale du gène beta dans les cellules érythroïdes matures. Un autre facteur impliqué dans la régulation du locus hub est Ikaros. Nous avons étudié son recrutement au locus hub et avons observé que Ikaros est impliqué dans la répression des gènes gamma. Nos résultats montrent aussi que GATA-1 est impliqué dans la répression de ces gènes et qu’il interagit avec Ikaros. Ensemble, Ikaros et GATA-1 favorisent la formation d’un complexe de répression aux promoteurs gamma. Cette étude nous a aussi permis d’observer que Ikaros et GATA-1 sont impliqués dans la répression du gène Gata2. De façon intéressante, nous avons caractérisé le mécanisme de répression du gène Hes1 (un gène cible de la voie Notch) lors de la différenciation érythroïde. Similairement à ce qui a été observé pour les gènes gamma, Hes1 est aussi réprimé par Ikaros et GATA-1. Ces résultats suggèrent donc que la combinaison de Ikaros et GATA-1 est associée à la répression de plusieurs de gènes dans les cellules érythroïdes. Globalement cette thèse rapporte de nouveaux mécanismes d’action de différents facteurs de transcription dans les cellules érythroïdes. Particulièrement, nos travaux ont permis de proposer un modèle pour la régulation des gènes du locus hub lors du développement et de la différenciation. De plus, nous rapportons pour la première fois l’importance de la collaboration entre les facteurs Ikaros et GATA-1 dans la régulation transcriptionnelle de gènes dans les cellules érythroïdes. Des mutations associées à certains des facteurs étudiés ont été rapportées dans des cas de beta-thalassémies ainsi que de leucémies. Nos travaux serviront donc à avoir une meilleure compréhension des mécanismes d’action de ces facteurs afin de potentiellement pouvoir les utiliser comme cibles thérapeutiques.

Rôles du stress du réticulum endoplasmique et de l'immunité innée dans l'inhibition de la transcription du gène de l'insuline : étude du facteur de transcription ATF6 et du récepteur TLR4

Le diabète de type 2 (DT2) est caractérisé par une résistance des tissus périphériques à l’action de l’insuline et par une insuffisance de la sécrétion d’insuline par les cellules β du pancréas. Différents facteurs tels que le stress du réticulum endoplasmique (RE) et l’immunité innée affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Toutefois, leur implication dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline demeure imprécise. Le but de cette thèse était d’identifier et de caractériser le rôle du stress du RE et de l’immunité innée dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline. Les cellules β-pancréatiques ont un RE très développé, conséquence de leur fonction spécialisée de biosynthèse et de sécrétion d’insuline. Cette particularité les rend très susceptible au stress du RE qui se met en place lors de l’accumulation de protéines mal repliées dans la lumière du RE. Nous avons montré qu’ATF6 (de l’anglais, activating transcription factor 6), un facteur de transcription impliqué dans la réponse au stress du RE, lie directement la boîte A5 de la région promotrice du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans isolés de rat. Nous avons également montré que la surexpression de la forme active d’ATF6α, mais pas ATF6β, réprime l’activité du promoteur de l’insuline. Toutefois, la mutation ou l’absence de la boîte A5 ne préviennent pas l’inhibition de l’activité promotrice du gène de l’insuline par ATF6. Ces résultats montrent qu’ATF6 se lie directement au promoteur du gène de l’insuline, mais que cette liaison ne semble pas contribuer à son activité répressive. Il a été suggéré que le microbiome intestinal joue un rôle dans le développement du DT2. Les patients diabétiques présentent des concentrations plasmatiques élevées de lipopolysaccharides (LPS) qui affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Nous avons montré que l’exposition aux LPS entraîne une réduction de la transcription du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans de rats, de souris et humains. Cette répression du gène de l’insuline par les LPS est associée à une diminution des niveaux d’ARNms de gènes clés de la cellule β-pancréatique, soit PDX-1 (de l’anglais, pancreatic duodenal homeobox 1) et MafA (de l’anglais, mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). En utilisant un modèle de souris déficientes pour le récepteur TLR4 (de l’anglais, Toll-like receptor), nous avons montré que les effets délétères des LPS sur l’expression du gène de l’insuline sollicitent le récepteur de TLR4. Nous avons également montré que l’inhibition de la voie NF-kB entraîne une restauration des niveaux messagers de l’insuline en réponse à une exposition aux LPS dans les îlots de Langerhans de rat. Ainsi, nos résultats montrent que les LPS inhibent le gène de l’insuline dans les cellules β-pancréatiques via un mécanisme moléculaire dépendant du récepteur TLR4 et de la voie NF-kB. Ces observations suggèrent ainsi un rôle pour le microbiome intestinal dans la fonction de la cellule β du pancréas. Collectivement, ces résultats nous permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la répression du gène de l'insuline en réponse aux divers changements survenant de façon précoce dans l’évolution du diabète de type 2 et d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles qui permettraient de prévenir ou ralentir la détérioration de l'homéostasie glycémique au cours de cette maladie, qui affecte plus de deux millions de Canadiens.

Régulation de l’expression de HYAL-1 par le récepteur de l’oestrogène alpha

HYAL-1 (hyaluronidase-1) appartient à la famille des hyaluronidases connues pour leur rôle dans la dégradation de l’acide hyaluronique. L’expression de HYAL-1 est élevée dans de nombreux type de cancers, notamment dans le cancer de la prostate, de la vessie, des reins et du sein où il est impliqué dans la croissance tumorale et les métastases. Récemment notre laboratoire a aussi démontré une expression élevée de HYAL-1 dans le cancer épithélial de l’ovaire (CEO) de type mucineux et à cellules claires, expression qui est inversement corrélée à celle du récepteur de l’oestrogène alpha (REα). Cependant, malgré le fait que le rôle de HYAL-1 dans le cancer soit bien établit, le mécanisme de sa régulation reste encore inconnu. Le REα est un facteur de transcription qui suite à sa liaison avec son ligand va réguler l’expression de plusieurs gènes. Le REα ainsi stimulé par l’hormone va activer la transcription de ces gènes cibles mais il est connu maintenant qu’une grande partie des gènes régulés par le REα sont en réalité réprimés par ce récepteur. Dans ce travail nous proposons d’étudier le mécanisme de la régulation du gène HYAL-1 par le REα dans le CEO à cellules claires et dans le cancer du sein. L’expression ectopique du REα dans la lignée TOV21G (RE-) de même que le traitement de la lignée MCF-7 (RE+) avec de l’oestrogène a induit une diminution du niveau d’expression de l’ARN m de HYAL-1. Ces résultats nous ont permis de confirmer que HYAL-1 est un gène cible du REα. Il est aussi connu que le REα peut exercer son action par différents mécanismes d’action, entre autres en interagissant avec une séquence d’ADN appelée élément de réponse à l’oestrogène (ERE), retrouvé sur le promoteur des gènes cibles ou bien indirectement par des interactions protéine-protéine en se liant à d’autres facteur de transcription tels que Sp1. Après avoir identifiés de telles séquences sur le promoteur proximal de HYAL-1, (1 ERE proximal à -900 pb, 3 distaux à -32350 pb, 48430, -50130 pb du site d’initiation de la transcription) en plus des 2 Sp1 connus (-60 et – 1020pb), nous avons démontrés par immunoprécipitation de la chromatine que le REα est recruté sur le promoteur de HYAL-1 au niveau de l’ERE proximal -900 pb et du distal -32350 pb de même que sur le site Sp1 -1020 pb. De plus, l’activité biologique de l’ERE -900 pb et du ii Sp1-1020pb à été confirmée par des essais de gènes rapporteurs à la luciférase. Avec son rôle connu dans la tumorigenèse, l’identification de HYAL-1 comme gène cible du REα pourrait être une avenue intéressante pour le traitement des cancers hormono-indépendants.