Régulation dynamique de l’activité du récepteur des estrogènes beta (ERβ) par la phosphorylation,l’ubiquitination et la sumoylation

Les estrogènes jouent un rôle primordial dans le développement et le fonctionnement des tissus reproducteurs par leurs interactions avec les récepteurs des estrogènes ERα et ERβ. Ces récepteurs nucléaires agissent comme facteurs de transcription et contrôlent l’expression des gènes de façon hormono-dépendante et indépendante grâce à leurs deux domaines d’activation (AF-1 et AF-2). Une dérégulation de leur activité transcriptionnelle est souvent à l’origine de pathologies telles que le cancer du sein, de l’endomètre et des ovaires. Alors que ERα est utilisé comme facteur pronostic pour l’utilisation d’agents thérapeutiques, l’importance de la valeur clinique de ERβ est encore controversée. Toutefois, des évidences récentes lui associent un pouvoir anti-tumorigénique en démontrant que sa présence favorise l’inhibition de la progression de ces cancers ainsi que l’efficacité des traitements. En combinaisons avec d’autres études, ces observations démontrent que bien que les deux isoformes partagent une certaine similitude d’action, les ERs sont en mesure d’exercer des fonctions distinctes. Ces différences sont fortement attribuables au faible degré d’homologie observé entre certains domaines structuraux des ERs, comme le domaine AF-1, ce qui fait en sorte que les différents sites de modifications post-traductionnelles (MPTs) présents sur les ERs sont très peu conservés entre les isoformes. Or, l’activité transcriptionnelle ligand-dépendante et indépendante des ERs est hautement régulée par les MPTs. Elles sont impliquées à tous les niveaux de l’activation des ERs incluant la liaison et la sensibilité au ligand, la localisation cellulaire, la dimérisation, l’interaction avec l’ADN, le recrutement de corégulateurs transcriptionnels, la stabilité et l’arrêt de la transcription. Ainsi, de par leur dissimilitude, les ERs seront différemment régulés par la signalisation cellulaire. Comme un débalancement de plusieurs voies de signalisation ont été associées à la progression de tumeurs ER-positives ainsi qu’au développement d’une résistance, une meilleure compréhension de l’impact des MPTs sur la régulation spécifique des ERs s’avère essentielle en vue de proposer et/ou développer des traitements adéquats pour les cancers gynécologiques. Les résultats présentés dans cette thèse ont pour objectif de mieux comprendre les rôles des MPTs sur l’activité transcriptionnelle de ERβ qui sont, contrairement à ERα, très peu connus. Nous démontrons une régulation dynamique de ERβ par la phosphorylation, l’ubiquitination et la sumoylation. De plus, toutes les MPTs nouvellement découvertes par mes recherches se situent dans l’AF-1 de ERβ et permettent de mieux comprendre le rôle capital joué par ce domaine dans la régulation de l’activité ligand-dépendante et indépendante du récepteur. Dans la première étude, nous observons qu’en réponse aux MAPK, l’AF-1 de ERβ est phosphorylé au niveau de sérines spécifiques et qu’elles jouent un rôle important dans la régulation de l’activité ligand-indépendante de ERβ par la voie ubiquitine-protéasome. En effet, la phosphorylation de ces sérines régule le cycle d’activation-dégradation de ERβ en modulant son ubiquitination, sa mobilité nucléaire et sa stabilité en favorisant le recrutement de l’ubiquitine ligase E6-AP. De plus, ce mécanisme d’action semble être derrière la régulation différentielle de l’activité de ERα et ERβ observée lors de l’inhibition du protéasome. Dans le second papier, nous démontrons que l’activité et la stabilité de ERβ en présence d’estrogène sont étroitement régulées par la sumoylation phosphorylation-dépendante de l’AF-1, processus hautement favorisé par l’action de la kinase GSK-3. La sumoylation de ERβ par SUMO-1 prévient la dégradation du récepteur en entrant en compétition avec l’ubiquitination au niveau du même site accepteur. De plus, contrairement à ERα, SUMO-1 réprime l’activité de ERβ en altérant son interaction avec l’ADN et l’expression de ses gènes cibles dans les cellules de cancers du sein. Également, ces recherches ont permis d’identifier un motif de sumoylation dépendant de la phosphorylation (pSuM) jusqu’à lors inconnu de la communauté scientifique, offrant ainsi un outil supplémentaire à la prédiction de nouveau substrat de la sumoylation. En plus de permettre une meilleure compréhension du rôle des signaux intracellulaires dans la régulation de l’activité transcriptionnelle de ERβ, nos résultats soulignent l’importance des MPTs dans l’induction des différences fonctionnelles observées entre ERα et ERβ et apportent des pistes supplémentaires à la compréhension de leurs rôles physiopathologiques respectifs.

Role of the homeodomain transcription factor Hoxa13 in embryonic development and formation of extra-embryonic structures

La famille des gènes Hox code pour des facteurs de transcription connus pour leur contribution essentielle à l’élaboration de l’architecture du corps et ce, au sein de tout le règne animal. Au cours de l’évolution chez les vertébrés, les gènes Hox ont été redéfinis pour générer toute une variété de nouveaux tissus/organes. Souvent, cette diversification s’est effectuée via des changements quant au contrôle transcriptionnel des gènes Hox. Chez les mammifères, la fonction de Hoxa13 n’est pas restreinte qu’à l’embryon même, mais s’avère également essentielle pour le développement de la vascularisation fœtale au sein du labyrinthe placentaire, suggérant ainsi que sa fonction au sein de cette structure aurait accompagné l’émergence des espèces placentaires. Au chapitre 2, nous mettons en lumière le recrutement de deux autres gènes Hoxa, soient Hoxa10 et Hoxa11, au compartiment extra-embryonnaire. Nous démontrons que l’expression de Hoxa10, Hoxa11 et Hoxa13 est requise au sein de l’allantoïde, précurseur du cordon ombilical et du système vasculaire fœtal au sein du labyrinthe placentaire. De façon intéressante, nous avons découvert que l’expression des gènes Hoxa10-13 dans l’allantoïde n’est pas restreinte qu’aux mammifères placentaires, mais est également présente chez un vertébré non-placentaire, indiquant que le recrutement des ces gènes dans l’allantoïde précède fort probablement l’émergence des espèces placentaires. Nous avons généré des réarrangements génétiques et utilisé des essais transgéniques pour étudier les mécanismes régulant l’expression des gènes Hoxa dans l’allantoïde. Nous avons identifié un fragment intergénique de 50 kb capable d’induire l’expression d’un gène rapporteur dans l’allantoïde. Cependant, nous avons trouvé que le mécanisme de régulation contrôlant l’expression du gène Hoxa au sein du compartiment extra-embryonnaire est fort complexe et repose sur plus qu’un seul élément cis-régulateur. Au chapitre 3, nous avons utilisé la cartographie génétique du destin cellulaire pour évaluer la contribution globale des cellules exprimant Hoxa13 aux différentes structures embryonnaires. Plus particulièrement, nous avons examiné plus en détail l’analyse de la cartographie du destin cellulaire de Hoxa13 dans les pattes antérieures en développement. Nous avons pu déterminer que, dans le squelette du membre, tous les éléments squelettiques de l’autopode (main), à l’exception de quelques cellules dans les éléments carpiens les plus proximaux, proviennent des cellules exprimant Hoxa13. En contraste, nous avons découvert que, au sein du compartiment musculaire, les cellules exprimant Hoxa13 et leurs descendantes (Hoxa13lin+) s’étendent à des domaines plus proximaux du membre, où ils contribuent à générer la plupart des masses musculaires de l’avant-bras et, en partie, du triceps. De façon intéressante, nous avons découvert que les cellules exprimant Hoxa13 et leurs descendantes ne sont pas distribuées uniformément parmi les différents muscles. Au sein d’une même masse musculaire, les fibres avec une contribution Hoxa13lin+ différente peuvent être identifiées et les fibres avec une contribution semblable sont souvent regroupées ensemble. Ce résultat évoque la possibilité que Hoxa13 soit impliqué dans la mise en place de caractéristiques spécifiques des groupes musculaires, ou la mise en place de connections nerf-muscle. Prises dans leur ensemble, les données ici présentées permettent de mieux comprendre le rôle de Hoxa13 au sein des compartiments embryonnaires et extra-embryonnaires. Par ailleurs, nos résultats seront d’une importance primordiale pour soutenir les futures études visant à expliquer les mécanismes transcriptionnels soutenant la régulation des gènes Hoxa dans les tissus extra-embryonnaires.

Étude fonctionnelle du couplage chimiokine-estrogène dans les tissus reproducteurs

Les estrogènes sont impliqués dans plusieurs aspects de la physiologie humaine en particulier, le développement, la croissance, la différenciation des tissus reproducteurs, la reproduction, et la grossesse. Les effets cellulaires des estrogènes sont transmis via l'interaction avec les récepteurs des estrogènes ERα et ERβ. L’activation de ERα et ERβ contrôle directement la transcription des gènes cibles nécessaires pour médier les effets physiologiques des estrogènes. L’effet des estrogènes peut aussi être mitogénique et devient la cause de plusieurs pathologies surtout dans les tissus qui présentent une sensibilité accrue à l’hormone tel que les tissus mammaires, les ovaires et l’utérus. De ce fait, une surexposition de ces tissus à l’estrogène augmente le risque de développer le cancer. Dans une lignée cellulaire qui coexprime les deux récepteurs, nous avons identifié la chimiokine SDF-1 qui interagit avec le récepteur CXCR4 et qui décrit une boucle de régulation autocrine/paracrine entre la voie des chimiokines et celle des estrogènes. Cette régulation induit une augmentation de l’expression des gènes cibles prolifératifs du cancer du sein. Cependant, les mécanismes exacts de cette régulation restent inconnus. Afin d'identifier les cibles exactes de cette régulation au niveau génomique, nous avons développé un modèle cellulaire pour discriminer le rôle respectif de ERα et ERβ au niveau du contrôle transcriptionnel de cette boucle de régulation des chimiokines. En partant d’une lignée cellulaire ER-, nous avons généré un système cellulaire qui exprime l’un ou l’autre des isoformes en plus du mutant ERβ-S87A. Nous avons construit le promoteur CXCR4bLuc qu’on a testé dans les lignées cellulaires générées. En utilisant la construction du promoteur CXCR4bLuc, nous avons démontré une voie de régulation des récepteurs des chimiokines par les récepteurs des estrogènes. L’activation membranaire de CXCR4 par SDF-1 implique l’activation directe du récepteur de l’estrogène ERβ par phosphorylation de la sérine 87. Cette phosphorylation active ERβ et favorise l’expression du gène de CXCR4. La transcription de CXCR4 passe par la liaison de ERβ au niveau d’un élément de liaison ERE que nous avons identifié dans ce travail par la technique de ChIP. Ainsi, nous avons identifié une cible exacte de la régulation des récepteurs des chimiokines CXCR4 par le récepteur des estrogènes ERβ qui peut constituer une approche prometteuse pour contrer les pathologies associées au cancer du sein et ses métastases.

Co-ordination of pathogenicity island expression by the BipA GTPase in enteropathogenic Escherichia coli (EPEC)

BipA is a novel member of the ribosome binding GTPase superfamily and is widely distributed in bacteria and plants. We report here that it regulates -multiple cell surface- and virulence-associated -components in the enteropathogenic Escherichia coli (EPEC) strain E2348/69. The regulated components include bacterial flagella, the espC pathogenicity island and a type III secretion system specified by the locus of enterocyte effacement (LEE). BipA positively regulated the espC and LEE gene clusters through transcriptional control of the LEE-encoded regulator, Ler. Additionally, it affected the pattern of proteolysis of intimin, a key LEE-encoded adhesin specified by the LEE. BipA control of the LEE operated independently of the previously characterized regulators Per, integration host factor and H-NS. In contrast, it negatively regulated the flagella-mediated motility of EPEC and in a Ler-independent manner. Our results indicate that the BipA GTPase functions high up in diverse regulatory cascades to co-ordinate the expression of key pathogenicity islands and other virulence-associated factors in E. coli.

Global Gene Expression Analysis during Sporulation of the Aquatic Fungus Blastocladiella emersonii

The Blastocladiella emersonii life cycle presents a number of drastic biochemical and morphological changes, mainly during two cell differentiation stages: germination and sporulation. To investigate the transcriptional changes taking place during the sporulation phase, which culminates with the production of the zoospores, motile cells responsible for the dispersal of the fungus, microarray experiments were performed. Among the 3,773 distinct genes investigated, a total of 1,207 were classified as differentially expressed, relative to time zero of sporulation, at at least one of the time points analyzed. These results indicate that accurate transcriptional control takes place during sporulation, as well as indicating the necessity for distinct molecular functions throughout this differentiation process. The main functional categories overrepresented among upregulated genes were those involving the microtubule, the cytoskeleton, signal transduction involving Ca(2+), and chromosome organization. On the other hand, protein biosynthesis, central carbon metabolism, and protein degradation were the most represented functional categories among downregulated genes. Gene expression changes were also analyzed in cells sporulating in the presence of subinhibitory concentrations of glucose or tryptophan. Data obtained revealed overexpression of microtubule and cytoskeleton transcripts in the presence of glucose, probably causing the shape and motility problems observed in the zoospores produced under this condition. In contrast, the presence of tryptophan during sporulation led to upregulation of genes involved in oxidative stress, proteolysis, and protein folding. These results indicate that distinct physiological pathways are involved in the inhibition of sporulation due to these two classes of nutrient sources.

CDK9 a potential target for drug development

The family of Cyclin-Dependent Kinases (CDKs) can be subdivided into two major functional groups based on their roles in cell cycle and/or transcriptional control. CDK9 is the catalytic subunit of positive transcription elongation factor b (P-TEFb). CDK9 is the kinase of the TAK complex (Tat-associated kinase complex), and binds to Tat protein of HIV, suggesting a possible role for CDK9 in AIDS progression. CDK9 complexed with its regulatory partner cyclin T1, serves as a cellular mediator of the transactivation function of the HIV Tat protein. P-TEFb is responsible for the phosphorylation of the carboxyl-terminal domain of RNA Pol II, resulting in stimulation of transcription. Furthermore, the complexes containing CDK9 induce the differentiation in distinct tissue. The CDK9/cyclin T1 complex is expressed at higher level in more differentiated primary neuroectodermal and neuroblastoma tumors, showing a correlation between the kinase expression and tumor differentiation grade. This may have clinical and therapeutical implications for these tumor types. Among the CDK inhibitors two have shown to be effective against CDK9: Roscovitine and Flavopiridol. These two inhibitors prevented the replication of human immunodeficiency virus (HIV) type 1 by blocking Tat transactivation of the HIV type 1 promoter. These compounds inhibit CDKs by binding to the catalytic domain in place of ATP, preventing transfer of a phosphate group to the substrate. More sensitive therapeutic agents of CDK9 can be designed, and structural studies can add information in the understanding of this kinase. The major features related to CDK9 inhibition will be reviewed in this article.

Exercise training increases lipid metabolism gene expression in human skeletal muscle

The effects of a single bout of exercise and exercise training on the expression of genes necessary for the transport and beta -oxidation of fatty acids (FA), together with the gene expression of transcription factors implicated in the regulation of FA homeostasis were investigated. Seven human subjects (3 male, 4 female, 28.9 ± 3.1 yr of age, range 20-42 yr, body mass index 22.6 kg/m², range 17-26 kg/m²) underwent a 9-day exercise training program of 60 min cycling per day at 63% peak oxygen uptake (V_{O2 peak}; 104 ± 14 W). On days 1 and 9 of the program, muscle biopsies were sampled from the vastus lateralis muscle at rest, at the completion of exercise, and again 3 h postexercise. Gene expression of key components of FA transport [FA translocase (FAT/CD36), plasma membrane-associated FA-binding protein], beta -oxidation [carntine palmitoyltransferase(CPT) I, beta -hydroxyacyl-CoA dehydrogenase] and transcriptional control [peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR)alpha , PPARgamma , PPARgamma coactivator 1, sterol regulatory element-binding protein-1c] were unaltered by exercise when measured at the completion and at 3 h postexercise. Training increased total lipid oxidation by 24% (P < 0.05) for the 1-h cycling bout. This increased capacity for lipid oxidation was accompanied by an increased expression of FAT/CD36 and CPT I mRNA. Similarly, FAT/CD36 protein abundance was also upregulated by exercise training. We conclude that enhanced fat oxidation after exercise training is most closely associated with the genes involved in regulating FA uptake across the plasma membrane (FAT/CD36) and across the mitochondrial membrane (CPT I).

The regulation and function of the striated muscle activator of rho signaling (STARS) protein

Healthy living throughout the lifespan requires continual growth and repair of cardiac, smooth, and skeletal muscle. To effectively maintain these processes muscle cells detect extracellular stress signals and efficiently transmit them to activate appropriate intracellular transcriptional programs. The striated muscle activator of Rho signaling (STARS) protein, also known as Myocyte Stress-1 (MS1) protein and Actin-binding Rho-activating protein (ABRA) is highly enriched in cardiac, skeletal, and smooth muscle. STARS binds actin, co-localizes to the sarcomere and is able to stabilize the actin cytoskeleton. By regulating actin polymerization, STARS also controls an intracellular signaling cascade that stimulates the serum response factor (SRF) transcriptional pathway; a pathway controlling genes involved in muscle cell proliferation, differentiation, and growth. Understanding the activation, transcriptional control and biological roles of STARS in cardiac, smooth, and skeletal muscle, will improve our understanding of physiological and pathophysiological muscle development and function.

MicroRNA-23a has minimal effect on endurance exercise-induced adaptation of mouse skeletal muscle.

Skeletal muscles contain several subtypes of myofibers that differ in contractile and metabolic properties. Transcriptional control of fiber-type specification and adaptation has been intensively investigated over the past several decades. Recently, microRNA (miRNA)-mediated posttranscriptional gene regulation has attracted increasing attention. MiR-23a targets key molecules regulating contractile and metabolic properties of skeletal muscle, such as myosin heavy-chains and peroxisome proliferator-activated receptor gamma, coactivator 1 alpha (PGC-1α). In the present study, we analyzed the skeletal muscle phenotype of miR-23a transgenic (miR-23a Tg) mice to explore whether forced expression of miR-23a affects markers of mitochondrial content, muscle fiber composition, and muscle adaptations induced by 4 weeks of voluntary wheel running. When compared with wild-type mice, protein markers of mitochondrial content, including PGC-1α, and cytochrome c oxidase complex IV (COX IV), were significantly decreased in the slow soleus muscle, but not the fast plantaris muscle of miR-23a Tg mice. There was a decrease in type IId/x fibers only in the soleus muscle of the Tg mice. Following 4 weeks of voluntary wheel running, there was no difference in the endurance exercise capacity as well as in several muscle adaptive responses including an increase in muscle mass, capillary density, or the protein content of myosin heavy-chain IIa, PGC-1α, COX IV, and cytochrome c. These results show that miR-23a targets PGC-1α and regulates basal metabolic properties of slow but not fast twitch muscles. Elevated levels of miR-23a did not impact on whole body endurance capacity or exercise-induced muscle adaptations in the fast plantaris muscle.

TRAIL-R3-related apoptosis: Epigenetic and expression analyses in women with ovarian neoplasia

Objective. To assess the expression of TRAIL-R3 and the methylation of a CpG island within the TRAIL-R3 promoter both in cystadenoma tumors and primary and metastatic epithelial ovarian carcinoma (EOC).Methods. RNA was obtained from women with normal ovarian (NO) tissues (n = 18), ovarian serous cystadenoma tumors (n = 11) and EOC (n = 16) using Trizol (R). Quantitative PCR (gRT-PCR) was performed to quantify the relative levels of TRAIL-R3. The methylation frequency of the CpG island in the TRAIL-R3 promoter was assessed using the methylation-specific PCR (MSP) assay after DNA bisulfite conversion. The differences between the groups were evaluated using the chi-square, Student's t, ANOVA, Mann-Whitney U, Wilcoxon or Kruskal-Wallis tests as indicated. The survival rates were calculated using the Kaplan-Meier method.Results. Cystadenoma and metastatic EOC tumors expressed significantly more TRAIL-R3 mRNA than primary EOC tumors. Methylation of the TRAIL-R3 promoter was absent in NO tissues, while hemimethylation of the TRAIL-R3 promoter was frequently found in the neoplasia samples with 45.4% of the cystadenoma tumors, 8.3% of the primary EOC samples and 11.1% of the metastatic EOC samples showing at least partial methylation (p = 0.018). Neither the expression of TRAIL-R3 nor alterations in the methylation profile were associated to cumulative progression-free survival or the overall survival in EOC patients.Conclusions. Primary EOC is associated to a lower TRAIL-R3 expression, which leads to a better understanding of the complex disease and highlighting potential therapeutic targets. Promoter DNA methylation was not related to this finding, suggesting the presence of other mechanisms to transcriptional control. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Busca de parceiros físicos por duplo-híbrido das proteínas ADAM23 e MX1, codificadas por genes metilados em câncer de cabeça e pescoço

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Epigenetic and expression analysis of TRAIL-R2 and BCL2: on the TRAIL to knowledge of apoptosis in ovarian tumors

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Perfil gênico no oviduto bovino de fêmeas Nelore e Aberdeen angus

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase-telomere association correlates with redox status in trypanosoma cruzi

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Characterization of anti-silencing factor 1 in Leishmania major

Anti-silencing factor 1 (ASF1) is a histone chaperone that contributes to the histone deposition during nucleosome assembly in newly replicated DNA. It is involved in chromatin disassembly, transcription activation and in the cellular response to DNA damage. In Leishmania major the ASF1 gene (LmASF1) is located in chromosome 20 and codes for a protein showing 67% of identity with the Trypanosoma brucei TbASF1a. Compared to orthologous proteins, LmASF1 conserves the main residues relevant for its various biological functions. To study ASF1 in Leishmania we generated a mutant overexpressing LmASF1 in L. major. We observed that the excess of LmASF1 impaired promastigotes growth rates and had no impact on cell cycle progress. Differently from yeast, ASF1 overproduction in Leishmania did not affect expression levels of genes located on telomeres, but led to an upregulation of proteins involved in chromatin remodelling and physiological stress, such as heat shock proteins, oxidoreductase activity and proteolysis. In addition, we observed that LmASF1 mutant is more susceptible to the DNA damaging agent, methyl methane sulphonate, than the control line. Therefore, our study suggests that ASF1 from Leishmania pertains to the chromatin remodelling machinery of the parasite and acts on its response to DNA damage.