Defining the Role of the Histone Methyltransferase, PR-Set7, in Maintaining the Genome Integrity of Drosophila Melanogaster

The complete and faithful duplication of the genome is essential to ensure normal cell division and organismal development. Eukaryotic DNA replication is initiated at multiple sites termed origins of replication that are activated at different time through S phase. The replication timing program is regulated by the S-phase checkpoint, which signals and repairs replicative stress. Eukaryotic DNA is packaged with histones into chromatin, thus DNA-templated processes including replication are modulated by the local chromatin environment such as post-translational modifications (PTMs) of histones.

One such epigenetic mark, methylation of lysine 20 on histone H4 (H4K20), has been linked to chromatin compaction, transcription, DNA repair and DNA replication. H4K20 can be mono-, di- and tri-methylated. Monomethylation of H4K20 (H4K20me1) is mediated by the cell cycle-regulated histone methyltransferase PR-Set7 and subsequent di-/tri- methylation is catalyzed by Suv4-20. Prior studies have shown that PR-Set7 depletion in mammalian cells results in defective S phase progression and the accumulation of DNA damage, which may be partially attributed to defects in origin selection and activation. Meanwhile, overexpression of mammalian PR-Set7 recruits components of pre-Replication Complex (pre-RC) onto chromatin and licenses replication origins for re-replication. However, these studies were limited to only a handful of mammalian origins, and it remains unclear how PR-Set7 impacts the replication program on a genomic scale. Finally, the methylation substrates of PR-Set7 include both histone (H4K20) and non-histone targets, therefore it is necessary to directly test the role of H4K20 methylation in PR-Set7 regulated phenotypes.

I employed genetic, cytological, and genomic approaches to better understand the role of H4K20 methylation in regulating DNA replication and genome stability in Drosophila melanogaster cells. Depletion of Drosophila PR-Set7 by RNAi in cultured Kc167 cells led to an ATR-dependent cell cycle arrest with near 4N DNA content and the accumulation of DNA damage, indicating a defect in completing S phase. The cells were arrested at the second S phase following PR-Set7 downregulation, suggesting that it was an epigenetic effect that coupled to the dilution of histone modification over multiple cell cycles. To directly test the role of H4K20 methylation in regulating genome integrity, I collaborated with the Duronio Lab and observed spontaneous DNA damage on the imaginal wing discs of third instar mutant larvae that had an alanine substitution on H4K20 (H4K20A) thus unable to be methylated, confirming that H4K20 is a bona fide target of PR-Set7 in maintaining genome integrity.

One possible source of DNA damage due to loss of PR-Set7 is reduced origin activity. I used BrdU-seq to profile the genome-wide origin activation pattern. However, I found that deregulation of H4K20 methylation states by manipulating the H4K20 methyltransferases PR-Set7 and Suv4-20 had no impact on origin activation throughout the genome. I then mapped the genomic distribution of DNA damage upon PR-Set7 depletion. Surprisingly, ChIP-seq of the DNA damage marker γ-H2A.v located the DNA damage to late replicating euchromatic regions of the Drosophila genome, and the strength of γ-H2A.v signal was uniformly distributed and spanned the entire late replication domain, implying stochastic replication fork collapse within late replicating regions. Together these data suggest that PR-Set7-mediated monomethylation of H4K20 is critical for maintaining the genomic integrity of late replicating domains, presumably via stabilization of late replicating forks.

In addition to investigating the function of H4K20me, I also used immunofluorescence to characterize the cell cycle regulated chromatin loading of Mcm2-7 complex, the DNA helicase that licenses replication origins, using H4K20me1 level as a proxy for cell cycle stages. In parallel with chromatin spindown data by Powell et al. (Powell et al. 2015), we showed a continuous loading of Mcm2-7 during G1 and a progressive removal from chromatin through S phase.

IL-20 is epigenetically regulated in NSCLC and down regulates the expression of VEGF

Background IL-20 is a pleiotrophic member of the IL-10 family and plays a role in skin biology and the development of haematopoietic cells. Recently, IL-20 has been demonstrated to have potential anti-angiogenic effects in non-small cell lung cancer (NSCLC) by down regulating COX-2. Methods The expression of IL-20 and its cognate receptors (IL-20RA/B and IL-22R1) was examined in a series of resected fresh frozen NSCLC tumours. Additionally, the expression and epigenetic regulation of this family was examined in normal bronchial epithelial and NSCLC cell lines. Furthermore, the effect of IL-20 on VEGF family members was examined. Results The expression of IL-20 and its receptors are frequently dysregulated in NSCLC. IL-20RB mRNA was significantly elevated in NSCLC tumours (p < 0.01). Protein levels of the receptors, IL-20RB and IL-22R1, were significantly increased (p < 0.01) in the tumours of NSCLC patients. IL-20 and its receptors were found to be epigenetically regulated through histone post-translational modifications and DNA CpG residue methylation. In addition, treatment with recombinant IL-20 resulted in decreased expression of the VEGF family members at the mRNA level. Conclusions This family of genes are dysregulated in NSCLC and are subject to epigenetic regulation. Whilst the anti-angiogenic properties of IL-20 require further clarification, targeting this family via epigenetic means may be a viable therapeutic option in lung cancer treatment. © 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Epigenetics underpinning the regulation of the CXC (ELR+) chemokines in non-small cell lung cancer

Background: Angiogenesis may play a role in the pathogenesis of Non-Small Cell Lung cancer (NSCLC). The CXC (ELR+) chemokine family are powerful promoters of the angiogenic response. Methods: The expression of the CXC (ELR+) family members (CXCL1-3/GROα-γ, CXCL8/IL-8, CXCR1/2) was examined in a series of resected fresh frozen NSCLC tumours. Additionally, the expression and epigenetic regulation of these chemokines was examined in normal bronchial epithelial and NSCLC cell lines. Results: Overall, expression of the chemokine ligands (CXCL1, 2, 8) and their receptors (CXCR1/2) were down regulated in tumour samples compared with normal, with the exception of CXCL3. CXCL8 and CXCR1/2 were found to be epigenetically regulated by histone post-translational modifications. Recombinant CXCL8 did not stimulate cell growth in either a normal bronchial epithelial or a squamous carcinoma cell line (SKMES-1). However, an increase was observed at 72 hours post treatment in an adenocarcinoma cell line. Conclusions: CXC (ELR+) chemokines are dysregulated in NSCLC. The balance of these chemokines may be critical in the tumour microenvironment and requires further elucidation. It remains to be seen if epigenetic targeting of these pathways is a viable therapeutic option in lung cancer treatment. © 2011 Baird et al.

IL-23 is pro-proliferative, epigenetically regulated and modulated by chemotherapy in non-small cell lung cancer

Background IL-23 is a member of the IL-6 super-family and plays key roles in cancer. Very little is currently known about the role of IL-23 in non-small cell lung cancer (NSCLC). Methods RT-PCR and chromatin immunopreciptiation (ChIP) were used to examine the levels, epigenetic regulation and effects of various drugs (DNA methyltransferase inhibitors, Histone Deacetylase inhibitors and Gemcitabine) on IL-23 expression in NSCLC cells and macrophages. The effects of recombinant IL-23 protein on cellular proliferation were examined by MTT assay. Statistical analysis consisted of Student's t-test or one way analysis of variance (ANOVA) where groups in the experiment were three or more. Results In a cohort of primary non-small cell lung cancer (NSCLC) tumours, IL-23A expression was significantly elevated in patient tumour samples (p<0.05). IL-23A expression is epigenetically regulated through histone post-translational modifications and DNA CpG methylation. Gemcitabine, a chemotherapy drug indicated for first-line treatment of NSCLC also induced IL-23A expression. Recombinant IL-23 significantly increased cellular proliferation in NSCLC cell lines. Conclusions These results may therefore have important implications for treating NSCLC patients with either epigenetic targeted therapies or Gemcitabine. © 2012 Elsevier Ireland Ltd.

Targeting oxidative stress in cancer

Importance of the field: Reactive oxygen species (ROS) occur as natural by-products of oxygen metabolism and have important cellular functions. Normally, the cell is able to maintain an adequate balance between the formation and removal of ROS either via anti-oxidants or through the use specific enzymatic pathways. However, if this balance is disturbed, oxidative stress may occur in the cell, a situation linked to the pathogenesis of many diseases, including cancer. Areas covered in this review: HDACs are important regulators of many oxidative stress pathways including those involved with both sensing and coordinating the cellular response to oxidative stress. In particular aberrant regulation of these pathways by histone deacetylases may play critical roles in cancer progression. What the reader will gain: In this review we discuss the notion that targeting HDACs may be a useful therapeutic avenue in the treatment of oxidative stress in cancer, using chronic obstructive pulmonary disease (COPD), NSCLC and hepatocellular carcinoma (HCC) as examples to illustrate this possibility. Take home message: Epigenetic mechanisms may be an important new therapeutic avenue for targeting oxidative stress in cancer. © 2010 Informa UK, Ltd.

The role of epigenetics in resistance to cisplatin chemotherapy in lung cancer

Non-small cell lung cancer (NSCLC) is the most common cause of cancer related death in the world. Cisplatin and carboplatin are the most commonly used cytotoxic chemotherapeutic agents to treat the disease. These agents, usually combined with drugs such as gemcitabine or pemetrexed, induce objective tumor responses in only 20-30% of patients. Aberrant epigenetic regulation of gene expression is a frequent event in NSCLC. In this article we review the emerging evidence that epigenetics and the cellular machinery involved with this type of regulation may be key elements in the development of cisplatin resistance in NSCLC. © 2011 by the authors; licensee MDPI, Basel, Switzerland.

A Unique Modification of the Eukaryotic Initiation Factor 5A Shows the Presence of the Complete Hypusine Pathway in Leishmania donovani

Deoxyhypusine hydroxylase (DOHH) catalyzes the final step in the post-translational synthesis of an unusual amino acid hypusine (N-(sic)-(4-amino-2-hydroxybutyl) lysine), which is present on only one cellular protein, eukaryotic initiation factor 5A (eIF5A). We present here the molecular and structural basis of the function of DOHH from the protozoan parasite, Leishmania donovani, which causes visceral leishmaniasis. The L. donovani DOHH gene is 981 bp and encodes a putative polypeptide of 326 amino acids. DOHH is a HEAT-repeat protein with eight tandem repeats of alpha-helical pairs. Four conserved histidine-glutamate sequences have been identified that may act as metal coordination sites. A similar to 42 kDa recombinant protein with a His-tag was obtained by heterologous expression of DOHH in Escherichia coli. Purified recombinant DOHH effectively catalyzed the hydroxylation of the intermediate, eIF5A-deoxyhypusine (eIF5A-Dhp), in vitro. L. donovani DOHH (LdDOHH) showed similar to 40.6% sequence identity with its human homolog. The alignment of L. donovani DOHH with the human homolog shows that there are two significant insertions in the former, corresponding to the alignment positions 159-162 (four amino acid residues) and 174-183 (ten amino acid residues) which are present in the variable loop connecting the N- and C-terminal halves of the protein, the latter being present near the substrate binding site. Deletion of the ten-amino-acid-long insertion decreased LdDOHH activity to 14% of the wild type recombinant LdDOHH. Metal chelators like ciclopirox olamine (CPX) and mimosine significantly inhibited the growth of L. donovani and DOHH activity in vitro. These inhibitors were more effective against the parasite enzyme than the human enzyme. This report, for the first time, confirms the presence of a complete hypusine pathway in a kinetoplastid unlike eubacteria and archaea. The structural differences between the L. donovani DOHH and the human homolog may be exploited for structure based design of selective inhibitors against the parasite.

New Oncogenic Drivers in Hepatocellular Carcinoma: Role of the RNA Binding Protein Hu antigen R

156 p. : graf.

S-(2-Succinyl)cysteine:a novel chemical modification of tissue proteins by a Krebs cycle intermediate

S-(2-Succinyl)cysteine (2SC) has been identified as a chemical modification in plasma proteins, in the non-mercaptalbumin fraction of human plasma albumin, in human skin collagen, and in rat skeletal muscle proteins and urine. 2SC increases in human skin collagen with age and is increased in muscle protein of diabetic vs. control rats. The concentration of 2SC in skin collagen and muscle protein correlated strongly with that of the advanced glycation/lipoxidation end-product (AGE/ALE), N(epsilon)-(carboxymethyl)lysine (CML). 2SC is formed by a Michael addition reaction of cysteine sulfhydryl groups with fumarate at physiological pH. Fumarate, but not succinate, inactivates the sulfhydryl enzyme, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase in vitro, in concert with formation of 2SC. 2SC is the first example of spontaneous chemical modification of protein by a metabolic intermediate in the Krebs cycle. These observations identify fumarate as an endogenous electrophile and suggest a role for fumarate in regulation of metabolism.

New tools for chemical modification of proteins

Tese de doutoramento, Farmácia (Química Farmacêutica e Terapêutica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

Protein deiminases: new players in the developmentally regulated loss of neural regenerative ability

Spinal cord regenerative ability is lost with development, but the mechanisms underlying this loss are still poorly understood. In chick embryos, effective regeneration does not occur after E13, when spinal cord injury induces extensive apoptotic response and tissue damage. As initial experiments showed that treatment with a calcium chelator after spinal cord injury reduced apoptosis and cavitation, we hypothesized that developmentally regulated mediators of calcium-dependent processes in secondary injury response may contribute to loss of regenerative ability. To this purpose we screened for such changes in chick spinal cords at stages of development permissive (E11) and non-permissive (E15) for regeneration. Among the developmentally regulated calcium-dependent proteins identified was PAD3, a member of the peptidylarginine deiminase (PAD) enzyme family that converts protein arginine residues to citrulline, a process known as deimination or citrullination. This post-translational modification has not been previously associated with response to injury. Following injury, PAD3 up-regulation was greater in spinal cords injured at E15 than at E11. Consistent with these differences in gene expression, deimination was more extensive at the non-regenerating stage, E15, both in the gray and white matter. As deimination paralleled the extent of apoptosis, we investigated the effect of blocking PAD activity on cell death and deiminated-histone 3, one of the PAD targets we identified by mass-spectrometry analysis of spinal cord deiminated proteins. Treatment with the PAD inhibitor, Cl-amidine, reduced the abundance of deiminated-histone 3, consistent with inhibition of PAD activity, and significantly reduced apoptosis and tissue loss following injury at E15. Altogether, our findings identify PADs and deimination as developmentally regulated modulators of secondary injury response, and suggest that PADs might be valuable therapeutic targets for spinal cord injury.

Interactions protéiques et relation dynamique entre phosphorylation / sumoylation / ubiquitination des protéines TIF1α, β et PML: détection in vivo par BRET

Trois protéines de la famille TRIM (Motif TRIpartite), TIF1α, β (Transcriptional Intermediary Factor 1) et PML (ProMyelocytic Leukaemia¬), font l’objet de cette étude. TIF1α est connu comme un coactivateur des récepteurs nucléaires et TIF1β comme le corépresseur universel des protéines KRAB-multidoigt de zinc dont le prototype étudié ici est ZNF74. PML possède divers rôles dont le plus caractérisé est celui d’être l’organisateur principal et essentiel des PML-NBs (PML-Nuclear Bodies), des macrostructures nucléaires très dynamiques regroupant et coordonnant plus de 40 protéines. Il est à noter que la fonction de TIF1α, β et PML est régulée par une modification post-traductionnelle, la sumoylation, qui implique le couplage covalent de la petite protéine SUMO (Small Ubiquitin like MOdifier) à des lysines de ces trois protéines cibles. Cette thèse propose de développer des méthodes utilisant le BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfert) afin de détecter dans des cellules vivantes et en temps réel des interactions non-covalentes de protéines nucléaires mais aussi leur couplage covalent à SUMO. En effet, le BRET n’a jamais été exploré jusqu’alors pour étudier les interactions non-covalentes et covalentes de protéines nucléaires. L’étude de l’interaction de protéines transcriptionnellement actives est parfois difficile par des méthodes classiques du fait de leur grande propension à agréger (famille TRIM) ou de leur association à la matrice nucléaire (ZNF74). L’homo et l’hétérodimérisation de TIF1α, β ainsi que leur interaction avec ZNF74 sont ici testées sur des protéines entières dans des cellules vivantes de mammifères répondant aux résultats conflictuels de la littérature et démontrant que le BRET peut être avantageusement utilisé comme alternative aux essais plus classiques basés sur la transcription. Du fait de l’hétérodimérisation confirmée de TIF1α et β, le premier article présenté ouvre la possibilité d’une relation étroite entre les récepteurs nucléaires et les protéines KRAB- multidoigt de zinc. Des études précédentes ont démontré que la sumoylation de PML est impliquée dans sa dégradation induite par l’As2O3 et dépendante de RNF4, une E3 ubiquitine ligase ayant pour substrat des chaînes de SUMO (polySUMO). Dans le second article, grâce au développement d’une nouvelle application du BRET pour la détection d’interactions covalentes et non-covalentes avec SUMO (BRETSUMO), nous établissons un nouveau lien entre la sumoylation de PML et sa dégradation. Nous confirmons que le recrutement de RNF4 dépend de SUMO mais démontrons également l’implication du SBD (Sumo Binding Domain) de PML dans sa dégradation induite par l’As2O3 et/ou RNF4. De plus, nous démontrons que des sérines, au sein du SBD de PML, qui sont connues comme des cibles de phosphorylation par la voie de la kinase CK2, régulent les interactions non-covalentes de ce SBD mettant en évidence, pour la première fois, que les interactions avec un SBD peuvent dépendre d’un évènement de phosphorylation (“SBD phospho-switch”). Nos résultats nous amènent à proposer l’hypothèse que le recrutement de PML sumoylé au niveau des PML-NBs via son SBD, favorise le recrutement d’une autre activité E3 ubiquitine ligase, outre celle de RNF4, PML étant lui-même un potentiel candidat. Ceci suggère l’existence d’une nouvelle relation dynamique entre phosphorylation, sumoylation et ubiquitination de PML. Finalement, il est suggéré que PML est dégradé par deux voies différentes dépendantes de l’ubiquitine et du protéasome; la voie de CK2 et la voie de RNF4. Enfin une étude sur la sumoylation de TIF1β est également présentée en annexe. Cette étude caractérise les 6 lysines cibles de SUMO sur TIF1β et démontre que la sumoylation est nécessaire à l’activité répressive de TIF1β mais n’est pas impliquée dans son homodimérisation ou son interaction avec la boîte KRAB. La sumoylation est cependant nécessaire au recrutement d’histones déacétylases, dépendante de son homodimérisation et de l’intégrité du domaine PHD. Alors que l’on ne connaît pas de régulateur physiologique de la sumoylation outre les enzymes directement impliquées dans la machinerie de sumoylation, nous mettons en évidence que la sumoylation de TIF1β est positivement régulée par son interaction avec le domaine KRAB et suggérons que ces facteurs transcriptionnels recrutent TIF1β à l’ADN au niveau de promoteur et augmentent son activité répressive en favorisant sa sumoylation.

Régulation de l'activité transcriptionnelle du récepteur nucléaire FXR par la ghréline et les modifications post-traductionnelles

Le récepteur X des farnésoïdes (FXR) fait partie de la superfamille des récepteurs nucléaires et agit comme un facteur de transcription suite à la liaison d’un ligand spécifique. Le récepteur FXR, activé par les acides biliaires, joue un rôle essentiel dans le métabolisme des lipides et du glucose en plus de réguler l’homéostasie des acides biliaires. Notre laboratoire a récemment mis en évidence une nouvelle voie de régulation du récepteur PPARγ en réponse au récepteur de la ghréline. En effet, la ghréline induit l’activation transcriptionnelle de PPARγ via une cascade de signalisation impliquant les kinases Erk1/2 et Akt, supportant un rôle périphérique de la ghréline dans les pathologies associées au syndrome métabolique. Il est de plus en plus reconnu que la cascade métabolique impliquant PPARγ fait également intervenir un autre récepteur nucléaire, FXR. Dans ce travail, nous montrons que la ghréline induit l’activation transcriptionnelle de FXR de manière dose-dépendante et induit également la phosphorylation du récepteur sur ses résidus sérine. En utilisant des constructions tronquées ABC et CDEF de FXR, nous avons démontré que la ghréline régule l’activité de FXR via les domaines d’activation AF-1 et AF-2. L’effet de la ghréline et du ligand sélectif GW4064 sur l’induction de FXR est additif. De plus, nous avons démontré que FXR est la cible d’une autre modification post-traductionnelle, soit la sumoylation. En effet, FXR est un substrat cellulaire des protéines SUMO-1 et SUMO-3 et la sumoylation du récepteur est ligand-indépendante. SUMO-1 et SUMO-3 induisent l’activation transcriptionnelle de FXR de façon dose-dépendante. Nos résultats indiquent que la lysine 122 est le site prédominant de sumoylation par SUMO-1, quoiqu’un mécanisme de coopération semble exister entre les différents sites de sumoylation de FXR. Avec son rôle émergeant dans plusieurs voies du métabolisme lipidique, l’identification de modulateurs de FXR s’avère être une approche fort prometteuse pour faire face à plusieurs pathologies associées au syndrome métabolique et au diabète de type 2.

Identification de modifications post-traductionnelles de Staufen1 et étude de leur fonction régulatrice

La régulation post-transcriptionnelle joue un rôle de premier plan dans le contrôle fin de l’expression génique en permettant une modulation de la synthèse de protéines dans le temps et l’espace, en fonction des besoins de la cellule. Ainsi, des protéines reconnaissant des éléments d’ARN présents sur des transcrits peuvent influencer toutes les étapes de leur existence, soit leur épissage, leur export nucléaire, leur localisation subcellulaire, leur traduction et leur dégradation. Staufen1 (Stau1) est un membre de la famille des protéines liant l’ARN double-brin qui contribue à la régulation post-transcriptionnelle par son implication dans des mécanismes qui vont promouvoir l’épissage alternatif, le transport, la dé-répression de la traduction et l’induction de la dégradation d’ARN messagers (ARNm) spécifiques. L’identité des cibles potentielles de Stau1 est maintenant connue puisqu’une étude à l’échelle du génome a montré que la protéine s’associe à près de 7% du transcriptome des cellules HEK293T. Ces ARNm se classent dans un large éventail de catégories fonctionnelles, mais il est tout de même intéressant de noter qu’une grande proportion d’entre eux code pour des protéines reliées au métabolisme cellulaire et à la régulation de processus cellulaires. En considérant toutes ces informations, nous avons émis l’hypothèse que les différentes activités de Stau1 puissent être modulées afin de contrôler adéquatement l’expression des transcrits liés par la protéine. Dans la mesure où certains ARNm faisant partie des complexes définis par la présence de Stau1 codent pour des régulateurs clés de la prolifération cellulaire, nous avons voulu examiner si l’expression de la protéine varie au cours du cycle de division cellulaire. Nous avons montré que l’abondance de Stau1 est maximale en début de mitose et qu’elle diminue ensuite lorsque les cellules complètent la division cellulaire. Nous avons ensuite découvert que cette baisse d’expression de Stau1 en sortie de mitose dépend du complexe promoteur d’anaphase/cyclosome (APC/C). En soutien à l’idée que Stau1 soit une cible de cette ubiquitine ligase de type E3, nous avons de plus démontré que Stau1 est ubiquitiné et dégradé par le protéasome. Ce contrôle des niveaux de Stau1 semble important puisque la surexpression de la protéine retarde la sortie de mitose et entraîne une diminution importante de la prolifération cellulaire. Par ailleurs, nous avons supposé que les différentes fonctions de Stau1 puissent également être sujettes à une régulation. Compte tenu que les activités de nombreuses protéines liant l’ARN peuvent être contrôlées par des modifications post-traductionnelles telles que la phosphorylation, nous avons voulu tester la possibilité que Stau1 soit phosphorylé. L’immunopurification de Stau1 et son analyse par spectrométrie de masse nous a permis d’identifier trois phosphosites dans la protéine. L’évaluation du rôle de ces événements de phosphorylation à l’aide de mutants phoshomimétiques ou non-phoshorylables a révélé que la modification de Stau1 pourrait compromettre son association à la protéine UPF1. Comme cette interaction est nécessaire pour déstabiliser les transcrits liés par Stau1, nos résultats suggèrent fortement que la fonction de Stau1 dans la dégradation d’ARNm est régulée négativement par sa phosphorylation. Toutes ces données mettent en lumière l’importance des modifications post-traductionnelles telles que l’ubiquitination et la phosphorylation dans la modulation de l’expression et des fonctions de Stau 1. Somme toute, il est vraisemblable que ces mécanismes de contrôle puissent avoir un impact significatif sur le destin des ARNm liés par Stau1, particulièrement dans un contexte de progression dans le cycle cellulaire.

Caractérisation du rôle transcriptionnel et épigénétique de l’O-GlcNAcylation des histones et du facteur de transcription FOXK1

L’O-GlcNAcylation est une modification post-traductionnelle qui consiste en l’ajout covalent du N-acetylglucosamine au groupement hydroxyle des sérines et thréonines des protéines nucléaires et cytoplasmiques. Ce type de glycosylation atypique est régulé de manière très dynamique par l’action de l’O-GlcNAc transférase (OGT) et de l’O-GlcNAcase (OGA) qui catalysent et hydrolysent cette modification respectivement. Aujourd’hui, OGT émerge comme un régulateur transcriptionnel et senseur critique du métabolisme où les protéines ciblées par l’O-GlcNAcylation couvrent la presque totalité des voies de signalisation cellulaire. Récemment, des études ont aussi proposé qu’OGT soit impliquée dans la régulation épigénétique par l’O-GlcNAcylation des histones. Dans le but de caractériser le rôle fonctionnel d’OGT dans la régulation épigénétique, nous avons revisité le concept d’O-GlcNAcylation des histones et, de manière surprenante, n’avons pu confirmer cette observation. En fait, nos données indiquent que les outils disponibles pour détecter l’O-GlcNAcylation des histones génèrent des artéfacts. De ce fait, nos travaux supportent plutôt un modèle où la régulation épigénétique médiée par OGT se fait par l’O-GlcNAcylation de régulateurs transcriptionnels recrutés à la chromatine. Parmi ceux-ci, OGT s’associe au complexe suppresseur de tumeurs BAP1. En étudiant le rôle d’OGT dans ce complexe, nous avons identifié le facteur de transcription FOXK1 comme un nouveau substrat d’OGT et démontrons qu’il est régulé par O-GlcNAcylation durant la prolifération cellulaire. Enfin, nous démontrons que FOXK1 est aussi requis pour l’adipogenèse. Ensemble, nos travaux suggèrent un rôle important d’OGT dans la régulation du complexe BAP1.