TRANSCRIPTIONAL AND POST-TRANSLATIONAL MECHANISMS CONTRIBUTE TO MAINTENANCE OF REST IN NEURAL TUMORS

The RE-1 silencing transcription factor (REST) is an important regulator of normal nervous system development. It negatively regulates neuronal lineage specification in neural progenitors by binding to its consensus RE-1 element(s) located in the regulatory region of its target neuronal differentiation genes. The developmentally coordinated down-regulation of REST mRNA and protein in neural progenitors triggers terminal neurogenesis. REST is overexpressed in pediatric neural tumors such as medulloblastoma and neuroblastoma and is associated with poor neuronal differentiation. High REST protein correlate with poor prognosis for patients with medulloblastoma, however similar studies have not been done with neuroblastoma patients. Mechanism(s) underlying elevated REST levels medulloblastoma and neuroblastoma are unclear, and is the focus of this thesis project. We discovered that transcriptional and post-translational mechanisms govern REST mis-regulation in medulloblastoma and neuroblastoma. In medulloblastoma, REST transcript is aberrantly elevated in a subset of patient samples. Using loss of function and gain of function experiments, we provide evidence that the Hairy Enhancer of Split (HES1) protein represses REST transcription in medulloblastoma cell lines, modulates the expression of neuronal differentiation genes, and alters the survival potential of these cells in vitro. We also show that REST directly represses its own expression in an auto-regulatory feedback loop. Interestingly, our studies identified a novel interaction between REST and HES1. We also observed their co-occupancy at the RE-1 sites, thereby suggesting potential for co-regulation of REST expression. Our pharmacological studies in neuroblastoma using retinoic acid revealed that REST levels are controlled by transcriptional and post-transcriptional mechanisms. Post-transcriptional mechanisms are mediated by modulation of E3 ligase or REST, SCFβ-TRCP, and contribute to resistance of some cells to retinoic acid treatment.

The Role of K63-linked Ubiquitination Cycles in Akt Kinase Activation

Akt (also known as protein kinase B) serves a central regulator in PI3K/Akt signaling pathways to regulate numerous physiological functions including cell proliferation, survival and metabolism. Akt activation requires the binding of Akt to phospholipid PIP3 on the plasma membrane and subsequent phosphorylation of Akt by its kinases. Growth factor-mediated membrane recruitment of Akt is a crucial step for Akt activation. However, the mechanism of Akt membrane translocation is unclear. Protein ubiquitination is a significant posttranslational modification that controls many biological functions such as protein trafficking and signaling activation. Therefore, we hypothesize that ubiquitination may be involved in Akt signaling activation. We have demonstrated that Akt could be conjugated with non-proteolytic K63-linked ubiquitination by TRAF6 ubiquitin E3 ligase. This modification on Akt was required for membrane recruitment, phosphorylation and activation of Akt in response to growth factor stimulation. The human cancer-associated Akt E17K mutant exhibited an increase in K63-linked ubiquitination, which contributes to the enrichment of membrane recruitment and phosphorylation of Akt. Thus, we conclude that K63-linked ubiquitination is a critical step for oncogenic Akt activation and also involved in human cancer development. Notably, the process of protein ubiquitination can be reversed by deubiquitinating enzymes (DUBs), which play a critical role to terminate signaling activation induced by ubiquitination. To further investigate how ubiquitination cycles regulate Akt activation, we have identified that CYLD as a DUB for Akt, and CYLD inhibited growth factor-induced ubiquitination and activation of Akt. Under serum-depletion condition, CYLD interacts with Akt and keep Akt under inactive state by directly removing K63-linked ubiquitination of Akt. CYLD disassociates with Akt upon growth factor stimulation, thereby allowing E3 ligases to induce ubiquitination and activation of Akt. We also demonstrated that CYLD deficiency promoted cancer cell proliferation, survival, glucose metabolism and human prostate cancer development. Therefore, we conclude that CYLD plays a critical role for negatively regulating Akt signaling activation through deubiquitination of Akt. In summary, this study delineated the important mechanism of cycles of ubiquitination and deubiquitination of Akt in regulating membrane translocation and activation of Akt, and TRAF6 and CYLD as central switches for these processes.

Caractérisation de l’activité Nur77 et de ses complexes en essais BRET par complémentation

Dans le système nerveux central, la dopamine joue un rôle crucial dans de nombreuses fonctions physiologiques telles que : l’apprentissage, le mouvement volontaire, la motivation, la cognition et la production hormonale. Il a été aussi démontré que le système de signalisation dopaminergique est altéré dans plusieurs maladies neurologiques et psychiatriques comme la maladie de Parkinson et la schizophrénie. Des études, effectuées dans le laboratoire du Dr.Daniel Lévesque (laboratoire d’accueil), ont montré que les récepteurs nucléaires Nur77 (NR4A1, NGFI-B) et RXRγ (retinoid X receptors γ) sont impliqués dans la régulation des effets de la dopamine dans le système nerveux central. De plus, ces données suggèrent que le complexe Nur77 et RXR joueraient un rôle crucial dans l’effet des médicaments antipsychotiques et antiparkinsoniens. Toutefois, très peu de médicaments ciblant Nur77 ont été identifiés à ce jour et les médicaments agissant sur RXRγ restent mal caractérisés. En outre, les analyses actuellement disponibles ne peuvent pas résumer la complexité des activités des NRs et génèrent des mesures indirectes des activités des drogues. Afin de mieux comprendre comment est régulée l’interaction Nur77/RXRγ dans ces processus, mon projet a été de mettre au point un essai BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfer) et PCA-BRET (Protein Complementation Assay-BRET) basé sur le recrutement d'un motif mimant un co-activateur fusionné avec la YFP. Nos différents essais ont été validés par courbes dose-réponse en utilisant différents composés RXR . Les EC50 (concentration efficace médiane, qui permet de mesurer l'efficacité d'un composé) obtenues étaient très semblables aux valeurs précédemment rapportées dans la littérature. Nous avons aussi pu identifier un composé le SR11237 (BMS649) qui semble posséder une sélectivité pour le complexe Nur77/RXRγ par rapport aux complexes Nurr1/RXRγ et RXRγ /RXRγ. Nos résultats indiquent que ces essais de BRET peuvent être utilisés pour évaluer la sélectivité de nouveaux composés pour les complexes Nur77/RXRγ, Nurr1/RXRγ et RXRγ /RXRγ. Un autre aspect de mon projet de doctorat a été de mettre en évidence par BRET l’importance de la SUMOylation dans la régulation de l'activité de Nur77 dans sa forme monomèrique, homodimèrique et hétérodimèrique. Nous avons ainsi identifié que Nur77 recrute principalement SUMO2 sur sa lysine 577. Il est intéressant de noté que le recrutement de la SUMO2 à Nur77 est potentialisé en présence de la SUMO E3 Ligase PIASγ. Aussi, la perte de la SUMOylation sur la lysine 577 entraîne l'incapacité de Nur77 de recruter divers motifs de co-activation mais pas pour ses formes homo- et hétérodimèrique. Cependant, la présence de PIASγ ne potentialise pas le recrutement du co-activateur, suggérant que cette SUMO E3 Ligase est seulement impliqué dans le processus de recrutement de la SUMO mais pas dans celui du co-activateur. Nous avons ainsi déterminé une nouvelle modification post-traductionnelle sur Nur77 régulant spécifiquement son activité monomérique Ces projets pourraient donc apporter de nouvelles données cruciales pour l’amélioration du traitement de la maladie de Parkinson ou de la schizophrénie, ainsi que d'obtenir une meilleure compréhension sur les mécanismes permettant la régulation de la fonction de Nur77

Uses for JNK: the many and varied substrates of the c-Jun N-terminal kinases

The c-Jun N-terminal kinases (JNKs) are members of a larger group of serine/ threonine (Ser/Thr) protein kinases from the mitogen-activated protein kinase family. JNKs were originally identified as stress-activated protein kinases in the livers of cycloheximide-challenged rats. Their subsequent purification, cloning, and naming as JNKs have emphasized their ability to phosphorylate and activate the transcription factor c-Jun. Studies of c-Jun and related transcription factor substrates have provided clues about both the preferred substrate phosphorylation sequences and additional docking domains recognized by JNK There are now more than 50 proteins shown to be substrates for JNK These include a range of nuclear substrates, including transcription factors and nuclear hormone receptors, heterogeneous nuclear ribonucleoprotein K and the Pol I-specific transcription factor TIF-IA, which regulates ribosome synthesis. Many nonnuclear substrates have also been characterized, and these are involved in protein degradation (e.g., the E3 ligase Itch), signal transduction (e.g., adaptor and scaffold proteins and protein kinases), apoptotic cell death (e.g., mitochondrial Bcl2 family members), and cell movement (e.g., paxillin, DCX, microtubule-associated proteins, the stathmin family member SCG10, and the intermediate filament protein keratin 8). The range of JNK actions in the cell is therefore likely to be complex. Further characterization of the substrates of JNK should provide clearer explanations of the intracellular actions of the JNKs and may allow new avenues for targeting the JNK pathways with therapeutic agents downstream of JNK itself.

Caractérisation de l’activité Nur77 et de ses complexes en essais BRET par complémentation

Dans le système nerveux central, la dopamine joue un rôle crucial dans de nombreuses fonctions physiologiques telles que : l’apprentissage, le mouvement volontaire, la motivation, la cognition et la production hormonale. Il a été aussi démontré que le système de signalisation dopaminergique est altéré dans plusieurs maladies neurologiques et psychiatriques comme la maladie de Parkinson et la schizophrénie. Des études, effectuées dans le laboratoire du Dr.Daniel Lévesque (laboratoire d’accueil), ont montré que les récepteurs nucléaires Nur77 (NR4A1, NGFI-B) et RXRγ (retinoid X receptors γ) sont impliqués dans la régulation des effets de la dopamine dans le système nerveux central. De plus, ces données suggèrent que le complexe Nur77 et RXR joueraient un rôle crucial dans l’effet des médicaments antipsychotiques et antiparkinsoniens. Toutefois, très peu de médicaments ciblant Nur77 ont été identifiés à ce jour et les médicaments agissant sur RXRγ restent mal caractérisés. En outre, les analyses actuellement disponibles ne peuvent pas résumer la complexité des activités des NRs et génèrent des mesures indirectes des activités des drogues. Afin de mieux comprendre comment est régulée l’interaction Nur77/RXRγ dans ces processus, mon projet a été de mettre au point un essai BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfer) et PCA-BRET (Protein Complementation Assay-BRET) basé sur le recrutement d'un motif mimant un co-activateur fusionné avec la YFP. Nos différents essais ont été validés par courbes dose-réponse en utilisant différents composés RXR . Les EC50 (concentration efficace médiane, qui permet de mesurer l'efficacité d'un composé) obtenues étaient très semblables aux valeurs précédemment rapportées dans la littérature. Nous avons aussi pu identifier un composé le SR11237 (BMS649) qui semble posséder une sélectivité pour le complexe Nur77/RXRγ par rapport aux complexes Nurr1/RXRγ et RXRγ /RXRγ. Nos résultats indiquent que ces essais de BRET peuvent être utilisés pour évaluer la sélectivité de nouveaux composés pour les complexes Nur77/RXRγ, Nurr1/RXRγ et RXRγ /RXRγ. Un autre aspect de mon projet de doctorat a été de mettre en évidence par BRET l’importance de la SUMOylation dans la régulation de l'activité de Nur77 dans sa forme monomèrique, homodimèrique et hétérodimèrique. Nous avons ainsi identifié que Nur77 recrute principalement SUMO2 sur sa lysine 577. Il est intéressant de noté que le recrutement de la SUMO2 à Nur77 est potentialisé en présence de la SUMO E3 Ligase PIASγ. Aussi, la perte de la SUMOylation sur la lysine 577 entraîne l'incapacité de Nur77 de recruter divers motifs de co-activation mais pas pour ses formes homo- et hétérodimèrique. Cependant, la présence de PIASγ ne potentialise pas le recrutement du co-activateur, suggérant que cette SUMO E3 Ligase est seulement impliqué dans le processus de recrutement de la SUMO mais pas dans celui du co-activateur. Nous avons ainsi déterminé une nouvelle modification post-traductionnelle sur Nur77 régulant spécifiquement son activité monomérique Ces projets pourraient donc apporter de nouvelles données cruciales pour l’amélioration du traitement de la maladie de Parkinson ou de la schizophrénie, ainsi que d'obtenir une meilleure compréhension sur les mécanismes permettant la régulation de la fonction de Nur77

Étude fonctionnelle d’un nouveau complexe multi-enzymatique régulant l’épigénome

L’ubiquitination, une modification post-traductionnelle importante pour le contrôle de nombreux processus cellulaires, est une réaction réversible. La réaction inverse, nommée déubiquitination est catalysée par les déubiquitinases (DUB). Nous nous sommes intéressés dans nos travaux à étudier l’ubiquitination de l’histone H2A (H2Aub), au niveau des résidus lysines 118 et 119 (K118/K119), une marque épigénétique impliquée dans la régulation de la prolifération cellulaire et la réparation de l’ADN. Le régulateur transcriptionnel BAP1, une déubiquitinase nucléaire, a été initialement identifié pour sa capacité à promouvoir la fonction suppressive de tumeurs de BRCA1. BAP1 forme un complexe multi-protéique avec plusieurs facteurs transcriptionnels et sa fonction principale est la déubiquitination de H2Aub. Plusieurs études ont démontré que BAP1 est un gène suppresseur de tumeurs majeur et qu’il est largement muté et inactivé dans une multitude de cancers. En effet, BAP1 émerge comme étant la DUB la plus mutée au niveau des cancers. Cependant, le ou les mécanismes d’action et de régulation du complexe BAP1 restent très peu connus. Dans cette étude nous nous sommes intéressés à la caractérisation moléculaire et fonctionnelle des partenaires protéiques de BAP1. De manière significative nous avons caractérisé un mécanisme unique de régulation entre deux composants majeurs du complexe BAP1 à savoir, HCF-1 et OGT. En effet, nous avons démontré que HCF-1 est requis pour maintenir le niveau protéique de OGT et que cette dernière est indispensable pour la maturation protéolytique de HCF-1 en promouvant son clivage par O-GlcNAcylation, une signalisation cellulaire nécessaire au bon fonctionnement de HCF-1. Également, nous avons découvert un nouveau mécanisme de régulation de BAP1 par l’ubiquitine ligase atypique UBE2O. En effet, UBE2O agit comme un régulateur négatif de BAP1 puisque l’ubiquitination de ce dernier induit sa séquestration dans le cytoplasme et l’inhibition de sa fonction suppressive de tumeurs. D’autre part nous nous sommes penchés sur la caractérisation de l’association de BAP1 avec deux facteurs de la famille des protéines Polycombes nommés ASXL1 et ASXL2 (ASXL1/2). Nous avons investigué le rôle de BAP1/ASXL1/2, particulièrement dans les mécanismes de déubiquitination et suppression de tumeurs. Nous avons démontré que BAP1 interagit directement iii via son domaine C-terminale avec le même domaine ASXM de ASXL1/2 formant ainsi deux complexes mutuellement exclusifs indispensables pour induire l’activité déubiquitinase de BAP1. De manière significative, ASXM s’associe avec BAP1 pour créer un nouveau domaine composite de liaison à l’ubiquitine. Ces interactions BAP1/ASXL1/2 régulent la progression harmonieuse du cycle cellulaire. De plus, la surexpression de BAP1 et de ASXL2 au niveau des fibroblastes induit la sénescence de manière dépendante de leurs interactions. D’autre part, nous avons identifié des mutations de cancers au niveau de BAP1 le rendant incapable de lier ASXL1/2, d’exercer sa fonction d’autodéubiquitination et de ce fait d’agir comme suppresseur de tumeurs. Ainsi nous avons révélé un lien étroit entre le gène suppresseur de tumeurs BAP1, son activité déubiquitinase et le contrôle de la prolifération cellulaire.

Stabilising suppressor of cytokine signalling 3 (SOCS3) protein levels to limit neointimal hyperplasia

Suppressor of cytokine signalling 3 (SOCS3) is a potent inhibitor of the mitogenic, migratory and pro-inflammatory pathways responsible for the development of neointimal hyperplasia (NIH), a key contributor to the failure of vascular reconstructive procedures. However, the protein levels of SOCS3, and therefore its potential to reduce NIH, is limited by its ubiquitylation and high turnover by the proteasome. I hypothesised that stabilisation of endogenous SOCS3 by inhibiting its ubiquitylation has the potential to limit vascular inflammation and NIH. Consequently, the aim of this PhD was to identify the mechanisms promoting the rapid turnover of SOCS3. Initial experiments involved the identification of residues involved in regulating the turnover of SOCS3 at the proteasome. I assessed the ubiquitylation status of a panel of FLAG tagged SOCS3 truncation mutants and identified a C-terminal 44 amino acid region required for SOCS3 ubiquitylation. This region localised to the SOCS box which is involved in binding Elongin B/C and the formation of a functional E3 ubiquitin ligase complex. However, the single lysine residue at position 173, located within this 44 amino acid region, was not required for ubiquitylation. Moreover, Emetine chase assays revealed that loss of either Lys173 or Lys6 (as documented in the literature) had no significant effect on SOCS3 stability 8 hrs post emetine treatment. As mutagenesis studies failed to identify key sites of ubiquitylation responsible for targeting SOCS3 to the proteasome, LC-MS-MS analysis of a SOCS3 co-immunoprecipitate was employed. These data were searched for the presence of a Gly-Gly doublet (+114 Da mass shift) and revealed 8 distinct sites of ubiquitylation (Lys23, Lys28, Lys40, Lys85, Lys91, Lys173, Lys195, Lys206) on SOCS3 however Lys6 ubiquitylation was not detected. As multiple Lys residues were ubiquitylated, I hypothesised that only a Lys-less SOCS3, in which all 8 Lys residues were mutated to Arg, would be resistant to ubiquitylation. Compared to WT SOCS3, Lys-less SOCS3 was indeed found to be completely resistant to ubiquitylation, and significantly more stable than WT SOCS3. These changes occurred in the absence of any detrimental effect on the ability of Lys-less SOCS3 to interact with the Elongin B/C components required to generate a functional E3 ligase complex. In addition, both WT and Lys-less SOCS3 were equally capable of inhibiting cytokine-stimulated STAT3 phosphorylation upon co-expression with a chimeric EpoR-gp130 receptor. To assess whether SOCS3 auto-ubiquitylates I generated an L189A SOCS3 mutant that could no longer bind the Elongins and therefore form the E3 ligase complex required for ubiquitylation. A denaturing IP to assess the ubiquitylation status of this mutant was performed and revealed that, despite an inability to bind the Elongins, the L189A mutant was poly-ubiquitylated similar to WT SOCS3. Together these data suggested that SOCS3 does not auto-ubiquitylate and that a separate E3 ligase must regulate SOCS3 ubiquitylation. This study sought to identify the E3 ligase and deubiquitylating (DUB) enzymes controlling the ubiquitylation of SOCS3. Our initial strategy was to develop a tool to screen an E3 ligase/DUB library, using an siARRAY, to sequentially knockdown all known E3 ligases in the presence of a SOCS3-luciferase fusion protein or endogenous SOCS3 in a high content imaging screening platform. However, due to a poor assay window (<2) and non-specific immunoreactivity of SOCS3 antibodies available, these methods were deemed unsuitable for screening purposes. In the absence of a suitable tool to screen the si-ARRAY, LC-MS-MS analysis of a SOCS3 co-immunoprecipitate (co-IP) was investigated. I performed a SOCS3 under conditions which preserved protein-protein interactions, with the aim of identifying novel E3 ligase and/or DUBs that could potentially interact with SOCS3. These data were searched for E3 ligase or DUB enzymes that may interact with SOCS3 in HEK293 cells and identified two promising candidates i) an E3 ligase known as HectD1 and ii) a DUB known as USP15. This thesis has demonstrated that in the presence of HectD1 overexpression, a slight increase in K63-linked polyubiquitylation of SOCS3 was observed. Mutagenesis also revealed that an N-terminal region of SOCS3 may act as a repressor of this interaction with HectD1. Additionally, USP15 was shown to reduce SOCS3 polyubiquitylation in a HEK293 overexpression system suggesting this may act as a DUB for SOCS3. The C-terminal region of SOCS3 was also shown to play a major role in the interaction with USP15. The original hypothesis of this thesis was that stabilisation of endogenous SOCS3 by inhibiting its ubiquitylation has the potential to limit vascular inflammation and NIH. Consistent with this hypothesis, immunohistochemistry visualisation of SOCS3, in human saphenous vein tissue derived from CABG patients, revealed that while SOCS3 was present throughout the media of these vessels the levels of SOCS3 within the neointima was reduced. Finally, preliminary data supporting the hypothesis that SOCS3 overexpression may limit the proliferation, but not migration, of human saphenous vein smooth muscle cells (HSVSMCs) is presented. It is expected that multiple E3 ligases and DUBs will contribute to the regulation of SOCS3 turnover. However, the identification of candidate E3 ligases or DUBs that play a significant role in SOCS3 turnover may facilitate the development of peptide disruptors or gene therapy targets to attenuate pathological SMC proliferation. A targeted approach, inhibiting the interaction between SOCS3 and identified E3 ligase, that controls the levels of SOCS3, would be expected to reduce the undesirable effects associated with global inhibition of the E3 ligase involved.

Étude fonctionnelle d’un nouveau complexe multi-enzymatique régulant l’épigénome

L’ubiquitination, une modification post-traductionnelle importante pour le contrôle de nombreux processus cellulaires, est une réaction réversible. La réaction inverse, nommée déubiquitination est catalysée par les déubiquitinases (DUB). Nous nous sommes intéressés dans nos travaux à étudier l’ubiquitination de l’histone H2A (H2Aub), au niveau des résidus lysines 118 et 119 (K118/K119), une marque épigénétique impliquée dans la régulation de la prolifération cellulaire et la réparation de l’ADN. Le régulateur transcriptionnel BAP1, une déubiquitinase nucléaire, a été initialement identifié pour sa capacité à promouvoir la fonction suppressive de tumeurs de BRCA1. BAP1 forme un complexe multi-protéique avec plusieurs facteurs transcriptionnels et sa fonction principale est la déubiquitination de H2Aub. Plusieurs études ont démontré que BAP1 est un gène suppresseur de tumeurs majeur et qu’il est largement muté et inactivé dans une multitude de cancers. En effet, BAP1 émerge comme étant la DUB la plus mutée au niveau des cancers. Cependant, le ou les mécanismes d’action et de régulation du complexe BAP1 restent très peu connus. Dans cette étude nous nous sommes intéressés à la caractérisation moléculaire et fonctionnelle des partenaires protéiques de BAP1. De manière significative nous avons caractérisé un mécanisme unique de régulation entre deux composants majeurs du complexe BAP1 à savoir, HCF-1 et OGT. En effet, nous avons démontré que HCF-1 est requis pour maintenir le niveau protéique de OGT et que cette dernière est indispensable pour la maturation protéolytique de HCF-1 en promouvant son clivage par O-GlcNAcylation, une signalisation cellulaire nécessaire au bon fonctionnement de HCF-1. Également, nous avons découvert un nouveau mécanisme de régulation de BAP1 par l’ubiquitine ligase atypique UBE2O. En effet, UBE2O agit comme un régulateur négatif de BAP1 puisque l’ubiquitination de ce dernier induit sa séquestration dans le cytoplasme et l’inhibition de sa fonction suppressive de tumeurs. D’autre part nous nous sommes penchés sur la caractérisation de l’association de BAP1 avec deux facteurs de la famille des protéines Polycombes nommés ASXL1 et ASXL2 (ASXL1/2). Nous avons investigué le rôle de BAP1/ASXL1/2, particulièrement dans les mécanismes de déubiquitination et suppression de tumeurs. Nous avons démontré que BAP1 interagit directement iii via son domaine C-terminale avec le même domaine ASXM de ASXL1/2 formant ainsi deux complexes mutuellement exclusifs indispensables pour induire l’activité déubiquitinase de BAP1. De manière significative, ASXM s’associe avec BAP1 pour créer un nouveau domaine composite de liaison à l’ubiquitine. Ces interactions BAP1/ASXL1/2 régulent la progression harmonieuse du cycle cellulaire. De plus, la surexpression de BAP1 et de ASXL2 au niveau des fibroblastes induit la sénescence de manière dépendante de leurs interactions. D’autre part, nous avons identifié des mutations de cancers au niveau de BAP1 le rendant incapable de lier ASXL1/2, d’exercer sa fonction d’autodéubiquitination et de ce fait d’agir comme suppresseur de tumeurs. Ainsi nous avons révélé un lien étroit entre le gène suppresseur de tumeurs BAP1, son activité déubiquitinase et le contrôle de la prolifération cellulaire.

Associação entre o proteassoma e o inibidor de protease BTCI : caracterização fisico-química e efeitos moleculares em células de câncer de mama (MCF-7)

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2010.

The E3 ubiquitin ligase Pellino3 protects against obesity-induced inflammation and insulin resistance

Diet-induced obesity can induce low-level inflammation and insulin resistance. Interleukin-1β (IL-1β) is one of the key proinflammatory cytokines that contributes to the generation of insulin resistance and diabetes, but the mechanisms that regulate obesity-driven inflammation are ill defined. Here we found reduced expression of the E3 ubiquitin ligase Pellino3 in human abdominal adipose tissue from obese subjects and in adipose tissue of mice fed a high-fat diet and showing signs of insulin resistance. Pellino3-deficient mice demonstrated exacerbated high-fat-diet-induced inflammation, IL-1β expression, and insulin resistance. Mechanistically, Pellino3 negatively regulated TNF receptor associated 6 (TRAF6)-mediated ubiquitination and stabilization of hypoxia-inducible factor 1α (HIF1α), resulting in reduced HIF1α-induced expression of IL-1β. Our studies identify a regulatory mechanism controlling diet-induced insulin resistance by highlighting a critical role for Pellino3 in regulating IL-1β expression with implications for diseases like type 2 diabetes.

Williams-Beuren syndrome TRIM50 encodes an E3 ubiquitin ligase.

Williams-Beuren syndrome (WBS) is a neurodevelopmental and multisystemic disease that results from hemizygosity of approximately 25 genes mapping to chromosomal region 7q11.23. We report here the preliminary description of eight novel genes mapping within the WBS critical region and/or its syntenic mouse region. Three of these genes, TRIM50, TRIM73 and TRIM74, belong to the TRIpartite motif gene family, members of which were shown to be associated to several human genetic diseases. We describe the preliminary functional characterization of these genes and show that Trim50 encodes an E3 ubiquitin ligase, opening the interesting hypothesis that the ubiquitin-mediated proteasome pathway might be involved in the WBS phenotype.

La modulation du métabolisme cellulaire par l'E3 Ubiquitine Ligase MARCH-1

La relocalisation et la dégradation médiée par ubiquitination sont utilisées par la cellule pour contrôler la localisation et l’expression de ses protéines. L’E3 ubiquitine ligase MARCH1 est impliqué dans la régulation post-traductionnelle de CMH-II et de CD86. Dans ce mémoire, on propose un rôle additionnel à MARCH1. Nos résultats expérimentaux nous portent à croire que MARCH1 pourrait moduler le métabolisme cellulaire en favorisant la relocalisation et la dégradation d’enzymes impliquées dans la glycolyse. La grande majorité des cellules utilise la phosphorylation oxydative pour générer de l’ATP en présence d’oxygène. Dans un environnement hypoxique, cette dernière est non fonctionnelle et la cellule doit utiliser la glycolyse anaérobique pour produire son ATP. Une cellule cancéreuse à des besoins énergétiques supérieurs en raison de l’augmentation de sa biomasse et de sa prolifération incontrôlée. Pour subvenir à ces besoins, elle maximise sa production d’énergie en modifiant son métabolisme; c’est l’effet Warburg. On retrouve dans les cellules immunitaires des modifications similaires au métabolisme cellulaire suite à un signal d’activation. Ici, nous montrons que la respiration mitochondriale maximale, la réserve respiratoire et la glycolyse maximale sont diminuées dans les cellules présentatrice d’antigènes qui expriment MARCH1. Nous avons montré que MARCH1 était localisable au niveau de la mitochondrie, ce qui lui permet d’interagir avec les enzymes de la glycolyse. Finalement, nous avons quantifié l’expression de Eno1 et de LDHB par Western Blot, pour montrer une augmentation de l’expression de ces enzymes en absence de MARCH1. À la lumière de ces résultats, nous discutons des avantages que procure la diminution de l’expression de MARCH1 dans un contexte inflammatoire, suite à l’activation des cellules présentatrices d’antigènes. Ce phénomène permettrait une présentation antigénique plus efficace, une augmentation de la production d’énergie et une meilleure résistance aux ROS produits lors de la réponse inflammatoire.

COP 9 SIGNALOSOME SUBUNIT 6 STABILIZES COP1, A NOVEL E3 UBIQUITIN LIGASE FOR 14-3-3σ

14-3-3σ, a gene upregulated by p53 in response to DNA damage, exists as part of a positive-feedback loop which activates p53 and is a human cancer epithelial marker downregulated in various cancer types. 14-3-3σ levels are critical for maintaining p53 activity in response to DNA damage and regulating signal mediator such as Akt. Here, we identify Mammalian Constitutive Photomorphogenic 1 (COP1) as a novel E3 ubiquitin ligase for targeting 14-3-3σ through proteasome degradation. We show for the first time that COP9 signalosome subunit 6 (CSN6) associates with COP1 and is involved in 14-3-3σ ubiquitin-mediated degradation. Mechanistic studies show that CSN6 expression leads to stabilization of COP1 through reducing COP1 self-ubiquitination and decelerating COP1’s turnover rate. We also show that CSN6-mediated 14-3-3σ ubiquitination is compromised when COP1 is knocked down. Thus, CSN6 mediates 14-3-3σ ubiquitination through enhancing COP1 stability. Subsequently, we show that CSN6 causes 14-3-3σ downregulation, thereby activating Akt and promoting cell survival by suppressing FOXO, an Akt target, transcriptional activity. Also, CSN6 overexpression leads to increased cell growth, transformation and promotes tumorigenicity. Significantly, 14-3-3σ expression can correct the abnormalities mediated by CSN6 expression. These data suggest that the CSN6-COP1 axis is involved in 14-3-3σ degradation, and that deregulation of this axis will promote cell growth and tumorigenicity.

PDGF regulates the actin cytoskeleton through hnRNP-K-mediated activation of the ubiquitin E-3-ligase MIR

PDGF is a potent chemotactic mitogen and a strong inductor of fibroblast motility. In Swiss 3T3 fibroblasts, exposure to PDGF but not EGF or IGF-1 causes a rapid loss of actin stress fibers (SFs) and focal adhesions (FAs), which is followed by the development of retractile dendritic protrusions and induction of motility. The PDGF-specific actin reorganization was blocked by inhibition of Src-kinase and the 26S proteasome. PDGF induced Src-dependent association between the multifunctional transcription/translation regulator hnRNP-K and the mRNA-encoding myosin regulatory light-chain (MRLC)-interacting protein (MIR), a E3-ubiquitin ligase that is MRLC specific. This in turn rapidly increased MIR expression, and led to ubiquitination and proteasome-mediated degradation of MRLC. Downregulation of MIR by RNA muting prevented the reorganization of actin structures and severely reduced the migratory and wound-healing potential of PDGF-treated cells. The results show that activation of MIR and the resulting removal of diphosphorylated MRLC are essential for PDGF to instigate and maintain control over the actin-myosin-based contractile system in Swiss 3T3 fibroblasts. The PDGF induced protein destabilization through the regulation of hnRNP-K controlled ubiquitin-ligase translation identifies a novel pathway by which external stimuli can regulate phenotypic development through rapid, organelle-specific changes in the activity and stability of cytoskeletal regulators.