Septic Shock Sera Containing Circulating Histones Induce Dendritic Cell–Regulated Necrosis in Fatal Septic Shock Patients

International audience

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.

Friedreich Ataxia

Friedreich ataxia (FRDA) is an autosomal recessive disease characterized by progressive neurological and cardiac abnormalities. It has a prevalence of around 2×10⁵ in whites, accounting for more than one-third of the cases of recessively inherited ataxia in this ethnic group. FRDA may not exist in nonwhite populations.The first symptoms usually appear in childhood, but age of onset may vary from infancy to adulthood. Atrophy of sensory and cerebellar pathways causes ataxia, dysarthria, fixation instability, deep sensory loss, and loss of tendon reflexes. Corticospinal degeneration leads to muscular weakness and extensor plantar responses. A hypertrophic cardiomyopathy may contribute to disability and cause premature death. Other common problems include kyphoscoliosis, pes cavus, and, in 10% of patients, diabetes mellitus.The FRDA gene (FXN) encodes a small mitochondrial protein, frataxin, which is produced in insufficient amounts in the disease, as a consequence of the epigenetic silencing of the gene triggered by a GAA triplet repeat expansion in the first intron of the gene. Frataxin deficiency results in impaired iron-sulfur cluster biogenesis in mitochondria, in turn leading to widespread dysfunction of iron-sulfur center containing enzymes (in particular respiratory complexes I, II and III, and aconitase), impaired iron metabolism, oxidative stress, and mitochondrial dysfunction. Therapy aims to restore frataxin levels or to correct the consequences of its deficiency.

Design, synthesis and antiproliferative activity of hydroxyacetamide derivatives against HeLa cervical carcinoma cell and breast cancer cell line

Purpose: To design and develop a new series of histone deacetylase inhibitors (FP1 - FP12) and evaluate their inhibitory activity against hydroxyacetamide (HDAC) enzyme mixture-derived HeLa cervical carcinoma cell and MCF-7. Methods: The designed molecules (FP1 - FP12) were docked using AUTODOCK 1.4.6. FP3 and FP8 showed higher interaction comparable to the prototypical HDACI. The designed series of 2-[[(3- Phenyl/substituted Phenyl-[4-{(4-(substituted phenyl)ethylidine-2-Phenyl-1,3-Imidazol-5-One}](-4H- 1,2,4-triazol-5-yl)sulfanyl]-N-hydroxyacetamide derivatives (FP1-FP12) was synthesized by merging 2- [(4-amino-3-phenyl-4H- 1, 2, 4-triazol-5-yl) sulfanyl]-N-hydroxyacetamide and 2-{[4-amino-3-(2- hydroxyphenyl)-4H-1,2, 4-triazol-5-yl]sulfanyl}-N hydroxyacetamide derivatives with aromatic substituted oxazolone. The biological activity of the synthesized molecule (FP1-FP12) was evaluated against HDAC enzyme mixture-derived HeLa cervical carcinoma cell and breast cancer cell line (MCF-7). Results: HDAC inhibitory activity of FP10 showed higher IC50 (half-maximal concentration inhibitory activity) of 0.09 μM, whereas standard SAHA molecule showed IC50 of 0.057 μM. On the other hand, FP9 exhibited higher GI50 (50 % of maximal concentration that inhibited cell proliferation) of 22.8 μM against MCF-7 cell line, compared with the standard, adriamycin, with GI50 of (-) 50.2 μM. Conclusion: Synthesis, spectral characterization, and evaluation of HDAC inhibition activity and in vitro anticancer evaluation of novel hydroxyacetamide derivatives against MCF-7 cell line have been achieved. The findings indicate the emergence of potentialanticancer compounds.

Epigenetic markers to predict conversion from gestational diabetes to type 2 diabetes

CONTEXT: Lifestyle factors mediate epigenetic changes that can cause chronic diseases. Although animal and laboratory studies link epigenetic changes to diabetes, epigenetic information in women with gestational diabetes (GDM) and type 2 diabetes is lacking. OBJECTIVE: To measure epigenetic markers across pregnancy and early postpartum and identify markers that could be used as predictors for conversion from GDM to type 2 diabetes. DESIGN: Global histone H3 dimethylation was measured at three time points: 30 weeks gestation, 8-10 weeks postpartum and 20 weeks postpartum, in white blood cells from four groups of women with and without diabetes. SETTING AND PARTICIPANTS: A total of 39 participants (six to nine in each group) were recruited including: non-diabetic women; women with GDM who developed postpartum type 2 diabetes; women with GDM without postpartum type 2 diabetes; and women with type 2 diabetes. MAIN OUTCOME MEASURE: Percentages of dimethylation of H3 histones relative to total H3 histone methylation were compared between diabetic/non-diabetic groups using appropriate comparative statistics. RESULTS: H3K27 dimethylation was 50-60% lower at 8-10 and 20 weeks postpartum in women with GDM who developed type 2 diabetes, compared with non-diabetic women. H3K4 dimethylation was 75% lower at 8-10 weeks postpartum in women with GDM who subsequently developed type 2 diabetes compared with women who had GDM who did not. CONCLUSIONS: The percentage of dimethylation of histones H3K27 and H3K4 varied with diabetic state and has the potential as a predictive tool to identify women who will convert from GDM to type 2 diabetes.

Epigenetic regulation of skeletal muscle metabolism

Normal skeletal muscle metabolism is essential for whole body metabolic homoeostasis and disruptions in muscle metabolism are associated with a number of chronic diseases. Transcriptional control of metabolic enzyme expression is a major regulatory mechanism for muscle metabolic processes. Substantial evidence is emerging that highlights the importance of epigenetic mechanisms in this process. This review will examine the importance of epigenetics in the regulation of muscle metabolism, with a particular emphasis on DNA methylation and histone acetylation as epigenetic control points. The emerging cross-talk between metabolism and epigenetics in the context of health and disease will also be examined. The concept of inheritance of skeletal muscle metabolic phenotypes will be discussed, in addition to emerging epigenetic therapies that could be used to alter muscle metabolism in chronic disease states.

Inhibition of HDAC3- and HDAC6-promoted survivin expression plays an important role in SAHA-induced autophagy and viability reduction in breast cancer cells

SAHA is a class I HDAC/HDAC6 co-inhibitor and an autophagy inducer currently undergoing clinical investigations in breast cancer patients. However, the molecular mechanism of action of SAHA in breast cancer cells remains unclear. In this study, we found that SAHA is equally effective in targeting cells of different breast cancer subtypes and tamoxifen sensitivity. Importantly, we found that down-regulation of survivin plays an important role in SAHA-induced autophagy and cell viability reduction in human breast cancer cells. SAHA decreased survivin and XIAP gene transcription, induced survivin protein acetylation and early nuclear translocation in MCF7 and MDA-MB-231 breast cancer cells. It also reduced survivin and XIAP protein stability in part through modulating the expression and activation of the 26S proteasome and heat-shock protein 90. Interestingly, targeting HDAC3 and HDAC6, but not other HDAC isoforms, by siRNA/pharmacological inhibitors mimicked the effects of SAHA in modulating the acetylation, expression, and nuclear translocation of survivin and induced autophagy in MCF7 and MDA-MB-231 cancer cells. Targeting HDAC3 also mimicked the effect of SAHA in up-regulating the expression and activity of proteasome, which might lead to the reduced protein stability of survivin in breast cancer cells. In conclusion, this study provides new insights into SAHA's molecular mechanism of actions in breast cancer cells. Our findings emphasize the complexity of the regulatory roles in different HDAC isoforms and potentially assist in predicting the mechanism of novel HDAC inhibitors in targeted or combinational therapies in the future.

Disruption of the class IIa HDAC corepressor complex increases energy expenditure and lipid oxidation

Drugs that recapitulate aspects of the exercise adaptive response have the potential to provide better treatment for diseases associated with physical inactivity. We previously observed reduced skeletal muscle class IIa HDAC (histone deacetylase) transcriptional repressive activity during exercise. Here, we find that exercise-like adaptations are induced by skeletal muscle expression of class IIa HDAC mutants that cannot form a corepressor complex. Adaptations include increased metabolic gene expression, mitochondrial capacity, and lipid oxidation. An existing HDAC inhibitor, Scriptaid, had similar phenotypic effects through disruption of the class IIa HDAC corepressor complex. Acute Scriptaid administration to mice increased the expression of metabolic genes, which required an intact class IIa HDAC corepressor complex. Chronic Scriptaid administration increased exercise capacity, whole-body energy expenditure and lipid oxidation, and reduced fasting blood lipids and glucose. Therefore, compounds that disrupt class IIa HDAC function could be used to enhance metabolic health in chronic diseases driven by physical inactivity.

H3K4me3 - dependent epigenetic memory regulates transcriptional reactivation in the oocyte

SELECTED ORAL COMMUNICATIONS, SESSION 52: EPIGENETIC PATTERN IN OOCYTE AND EMBRYO, Tuesday 16 June 2015. This article/study appears in: Abstract book of the 31st ESHRE Annual Meeting, Lisbon, Portugal, 14-17 June 2015.

The epigenome as a therapeutic target for Parkinson's disease

Parkinson’s disease (PD) is a common, progressive neurodegenerative disease characterised by degeneration of nigrostriatal dopaminergic neurons, aggregation of α-synuclein and motor symptoms. Current dopamine-replacement strategies provide symptomatic relief, however their effectiveness wear off over time and their prolonged use leads to disabling side-effects in PD patients. There is therefore a critical need to develop new drugs and drug targets to protect dopaminergic neurons and their axons from degeneration in PD. Over recent years, there has been robust evidence generated showing that epigenetic dysregulation occurs in PD patients, and that epigenetic modulation is a promising therapeutic approach for PD. This article first discusses the present evidence implicating global, and dopaminergic neuron-specific, alterations in the methylome in PD, and the therapeutic potential of pharmacologically targeting the methylome. It then focuses on another mechanism of epigenetic regulation, histone acetylation, and describes how the histone acetyltransferase (HAT) and histone deacetylase (HDAC) enzymes that mediate this process are attractive therapeutic targets for PD. It discusses the use of activators and/or inhibitors of HDACs and HATs in models of PD, and how these approaches for the selective modulation of histone acetylation elicit neuroprotective effects. Finally, it outlines the potential of employing small molecule epigenetic modulators as neuroprotective therapies for PD, and the future research that will be required to determine and realise this therapeutic potential.

Cartographie des cassures bicaténaires du remodelage chromatinien du spermatide et développement des outils techniques associés.

Résumé : La phase haploïde de la spermatogenèse (spermiogenèse) est caractérisée par une modification importante de la structure de la chromatine et un changement de la topologie de l’ADN du spermatide. Les mécanismes par lesquels ce changement se produit ainsi que les protéines impliquées ne sont pas encore complètement élucidés. Mes travaux ont permis d’établir la présence de cassures bicaténaires transitoires pendant ce remodelage par l’essai des comètes et l’électrophorèse en champ pulsé. En procédant à des immunofluorescences sur coupes de tissus et en utilisant un extrait nucléaire hautement actif, la présence de topoisomérases ainsi que de marqueurs de systèmes de réparation a été confirmée. Les protéines de réparation identifiées font partie de systèmes sujets à l’erreur, donc cette refonte structurale de la chromatine pourrait être génétiquement instable et expliquer le biais paternel observé pour les mutations de novo dans de récentes études impliquant des criblages à haut débit. Une technique permettant l’immunocapture spécifique des cassures bicaténaires a été développée et appliquée sur des spermatides murins représentant différentes étapes de différenciation. Les résultats de séquençage à haut débit ont montré que les cassures bicaténaires (hotspots) de la spermiogenèse se produisent en majorité dans l’ADN intergénique, notamment dans les séquences LINE1, l’ADN satellite et les répétions simples. Les hotspots contiennent aussi des motifs de liaisons des protéines des familles FOX et PRDM, dont les fonctions sont entre autres de lier et remodeler localement la chromatine condensée. Aussi, le motif de liaison de la protéine BRCA1 se trouve enrichi dans les hotspots de cassures bicaténaires. Celle-ci agit entre autres dans la réparation de l’ADN par jonction terminale non-homologue (NHEJ) et dans la réparation des adduits ADN-topoisomérase. De façon remarquable, le motif de reconnaissance de la protéine SPO11, impliquée dans la formation des cassures méiotiques, a été enrichi dans les hotspots, ce qui suggère que la machinerie méiotique serait aussi utilisée pendant la spermiogenèse pour la formation des cassures. Enfin, bien que les hotspots se localisent plutôt dans les séquences intergéniques, les gènes ciblés sont impliqués dans le développement du cerveau et des neurones. Ces résultats sont en accord avec l’origine majoritairement paternelle observée des mutations de novo associées aux troubles du spectre de l’autisme et de la schizophrénie et leur augmentation avec l’âge du père. Puisque les processus du remodelage de la chromatine des spermatides sont conservés dans l’évolution, ces résultats suggèrent que le remodelage de la chromatine de la spermiogenèse représente un mécanisme additionnel contribuant à la formation de mutations de novo, expliquant le biais paternel observé pour certains types de mutations.