La régulation de la transcription dans les cellules cancéreuses

La chromatine eucaryote, contenant l’ADN et de nombreuses protéines de liaison, subit une compaction dynamique et fonctionnelle à de multiples échelles, nécessaire pour la régulation de nombreux processus biologiques comme l’expression génique. Afin de définir et maintenir les fonctions cellulaires, les protéines de la régulation transcriptionnelle et de la régulation de la structure chromatinienne agissent de concert pour orchestrer les programmes d’expression génique des cellules. Les facteurs de transcription opèrent de manière combinée et hiérarchique au niveau de nombreux éléments régulateurs, dont le fonctionnement est complexe et intégré, capables de générer de larges boucles topologiques pour réguler spécifiquement un promoteur cible à un moment précis. Le co-activateur transcriptionnel Mediator sert de centre d’interprétation, en connectant physiquement les régulateurs de la transcription à la machinerie transcriptionnelle, pour générer une réponse calibrée. Le complexe de maintenance de la structure des chromosomes, Cohesin, est impliqué dans la formation et la stabilisation des connexions génomiques à l’échelle de nombreuses structures chromatiniennes tri-dimensionnelles dont la caractérisation fonctionnelle commence à être explorée. Ensemble, les facteurs de transcription, Mediator et Cohesin contrôlent l’expression des programmes responsables du maintien de l’identité cellulaire. Les cellules cancéreuses présentent de nombreuses dérégulations au niveau transcriptionnel, et donc un programme d’expression aberrant. Nous avons démontré que les mécanismes de régulation qui contrôlent les cellules cancéreuses sont conservés, et proposons une stratégie qui permette de révéler les facteurs clefs dans la progression tumorale. Nous avons appliqué cette stratégie à la problématique de la résistance endocrinienne dans la progression du cancer du sein hormono-dépendant. Les résultats obtenus suggèrent que le complexe transcriptionnel AP-1 pourrait être impliqué dans l’acquisition et/ou le maintien de la résistance, en réponse aux pressions de sélection induites par les traitements hormonaux. Nous proposons une adaptation progressive et agressive des cellules cancéreuses par re-hiérarchisation des facteurs clefs qui contrôlent sa croissance.

Rôle du facteur de transcription HNF1α dans la promotion du diabète par l’intermédiaire d’hormones intestinales

HNF1α (hepatocyte nuclear factor-1α) est un facteur de transcription exprimé dans le foie, le pancréas, les reins, l’estomac, l’intestin grêle et le côlon. Il a été démontré que des mutations du gène codant pour cette protéine sont associées à un diabète non insulinodépendant MODY3. De plus, les souris déficientes pour l’expression de Hnf1α souffrent d’hyperglycémie. Ces animaux mutants semblent produire de l’insuline mais présentent cependant une altération de la sécrétion de cette hormone au niveau du pancréas. Dans une précédente étude, nous avons démontré que certains marqueurs de cellules entéroendocrines impliqués dans l’homéostasie du glucose étaient modulés chez les animaux mutants comparativement aux animaux contrôles notamment la ghréline, le Gip, la somatostatine. Notre hypothèse de recherche est que la perte de Hnf1α conditionne la promotion du diabète par l’intermédiaire d’hormones intestinales. Nous avons observé, chez les animaux mutants, une augmentation de l’expression du transcrit, du nombre de cellules positives ainsi que des taux plasmatiques de ghréline. Cette hormone étant reliée à l’homéostasie du glucose, nous avons suivi les variations de la glycémie et des taux d’insuline chez nos animaux. Nous avons observé une hyperglycémie accompagnée d’une diminution des taux d’insuline chez nos animaux mutants. Ces souris présentent une prise alimentaire augmentée, une polyurie et une polydipsie élevées, symptômes connus du diabète. Le traitement de 6 jours sur les souris Hnf1α[indice supérieur -/-] avec un antagoniste commercial du récepteur à la ghréline GHSR1a, le (D-Lys3)-GHRP-6 de BACHEM®, montre un rétablissement de la glycémie proche des valeurs normales, de même qu’une augmentation significative des taux d’insuline plasmatiques des souris traitées, une diminution de la polyurie, de la polydipsie et de la glycosurie. Les souris mutantes traitées avec cet antagoniste voient leur tolérance au glucose améliorée même en cas de choc glycémique. Nous avons, enfin, documenté la régulation possible de Hnf1α vis-à-vis du gène codant pour la ghréline. Des infections lentivirales, réalisées sur des cellules MIN6 avec un shARN dirigé contre le transcrit Hnf1α, montrent une augmentation des taux d’expression du transcrit ghréline. Nous avons également mis en évidence l’interaction physique entre Hnf1α et le promoteur ghréline en plusieurs sites par des expériences d’immunoprécipitation de la chromatine. L’ensemble de ces résultats suggère que la perte de Hnf1α chez la souris joue un rôle dans la promotion de l’hyperglycémie par l’intermédiaire d’une dérégulation de la production de ghréline.

Régulation du transcriptome codant et non-codant chez Schizosaccharomyces pombe: facteurs et mécanismes impliqués dans la maturation 3’ des ARNs et la terminaison de la transcription

La synthèse d’un ARNm eucaryotique dépend d’une suite d’étapes qui inclut notamment l’ajout d’une queue poly(A) à son extrémité 3’. Au noyau, la queue poly(A) des ARNms est liée par PABPN1 (poly(A)-binding protein nuclear 1). PABPN1 fut notamment caractérisée, d’après des études in vitro, pour stimuler la réaction de polyadénylation en plus de contrôler la taille ultime des queues poly(A). Cela dit, la ou les fonction(s) biologique(s) de PABPN1 est/sont cependant largement méconnue(s). Chez Schizosaccharomyces pombe (S. pombe), Pab2 est l’orthologue présumé de PABPN1. Or, mes travaux indiquent que Pab2 est fonctionnellement différente de PABPN1 à l’égard de son rôle sur le processus général de polyadénylation. Ainsi, in vivo, l’absence de Pab2 entraîne l’expression et l’accumulation d’un groupe limité d’ARNs hyperadénylés parmi lesquels se trouvent de nombreux petits ARNs nucléolaires non-codants (snoRNAs) lesquels constituent normalement un groupe abondant d’ARN poly(A)-. Mes résultats supportent ainsi un mécanisme par lequel des snoRNAs immatures poly(A)+, sont convertis en une forme mature poly(A)- par le biais de Pab2 et de l’activité 3’-->5’ exoribonucléase de l’exosome à ARN. Ces observations sont inusitées dans la mesure où elles associent une fonction pour une PABP dans la maturation d'ARNs non-codants, contrairement à la notion que les PABPs travaillent exclusivement au niveau des ARNms, en plus de procurer une nouvelle perspective face au mécanisme de recrutement de l'exosome à ARN à des substrats poly(A)+. La formation de l’extrémité 3’ d’un ARN est un processus étroitement lié à la terminaison de sa transcription. Pour les gènes codants, la terminaison transcriptionnelle est initiée par le clivage endonucléolytique du pré-ARNm. Ce clivage génère une extrémité d’ARN 5’ libre laquelle sera ciblée par une exoribonucléase 5'-->3’ afin de mener à bien l’éviction de l’ARNPII de la matrice d’ADN (terminaison transcriptionnelle de type torpedo). Au contraire, chez Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae), la majorité des gènes non-codants, incluant les snoRNAs, dépendent plutôt du complexe NNS (Nrd1/Nab3/Sen1) pour la terminaison de leur transcription. Cela dit, il est incertain si le complexe NNS est conservé chez d’autres espèces. À cet égard, mes travaux indiquent que S. pombe est dépourvu d’un mécanisme de terminaison de la transcription de type NNS. Seb1, l’orthologue présumé de Nrd1 chez S. pombe, s’associe plutôt à la machinerie de clivage et de polyadénylation et influence la sélection de site de polyadénylation à l’échelle du génome. Mes résultats supportent ainsi l’utilisation de la machinerie de maturation 3’ des ARNms comme principal vecteur de terminaison transcriptionnelle chez S. pombe et identifient Seb1 comme un facteur clé de ce processus. L’évènement transcriptionnel étant hautement complexe, des erreurs peuvent arriver de manière stochastique menant à l’accumulation d’ARNs aberrants potentiellement néfastes pour la cellule. Or, mes travaux ont mis en lumière un mécanisme de surveillance co-transcriptionnel des ARNs impliquant l’exosome à ARN et lié à la terminaison de la transcription. Pour ce faire, l’exosome à ARN promeut la terminaison transcriptionnelle via la dégradation d’une extrémité 3’ libre d’ARN devenue émergente suite au recul de l’ARNPII le long de la matrice d’ADN (phénomène de backtracking). Mes résultats supportent ainsi une terminaison de la transcription de type torpedo inversé (3'-->5’) réévaluant par la même occasion le concept voulant que la terminaison de la transcription s’effectue uniquement selon une orientation 5’-->3’. Somme toute, mes travaux de doctorat auront permis d’identifier et de caractériser plus en détail les facteurs et mécanismes impliqués dans la maturation 3’ et la terminaison de la transcription des gènes codants et non-codants chez l’organisme modèle S. pombe.

Differential impact of acclimation and acute water deprivation in the expression of key transcription factors in soybean roots.

2016

An Asp49 Phospholipase A2 From Snake Venom Induces Cyclooxygenase-2 Expression And Prostaglandin E2 Production Via Activation Of Nf-κb, P38mapk, And Pkc In Macrophages.

Phospholipases A2 (PLA2) are key enzymes for production of lipid mediators. We previously demonstrated that a snake venom sPLA2 named MT-III leads to prostaglandin (PG)E2 biosynthesis in macrophages by inducing the expression of cyclooxygenase-2 (COX-2). Herein, we explored the molecular mechanisms and signaling pathways leading to these MT-III-induced effects. Results demonstrated that MT-III induced activation of the transcription factor NF-κB in isolated macrophages. By using NF-κB selective inhibitors, the involvement of this factor in MT-III-induced COX-2 expression and PGE2 production was demonstrated. Moreover, MT-III-induced COX-2 protein expression and PGE2 release were attenuated by pretreatment of macrophages with SB202190, and Ly294002, and H-7-dihydro compounds, indicating the involvement of p38MAPK, PI3K, and PKC pathways, respectively. Consistent with this, MT-III triggered early phosphorylation of p38MAPK, PI3K, and PKC. Furthermore, SB202190, H-7-dihydro, but not Ly294002 treatment, abrogated activation of NF-κB induced by MT-III. Altogether, these results show for the first time that the induction of COX-2 protein expression and PGE2 release, which occur via NF-κB activation induced by the sPLA2-MT-III in macrophages, are modulated by p38MAPK and PKC, but not by PI3K signaling proteins.

Diet Carotenoid Lutein Modulates The Expression Of Genes Related To Oxygen Transporters And Decreases Dna Damage And Oxidative Stress In Mice.

Lutein (LT) is a carotenoid obtained by diet and despite its antioxidant activity had been biochemically reported, few studies are available concerning its influence on the expression of antioxidant genes. The expression of 84 genes implicated in antioxidant defense was quantified using quantitative reverse transcription polymerase chain reaction array. DNA damage was measured by comet assay and glutathione (GSH) and thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) were quantified as biochemical parameters of oxidative stress in mouse kidney and liver. cDDP treatment reduced concentration of GSH and increased TBARS, parameters that were ameliorated in treatment associated with LT. cDDP altered the expression of 32 genes, increasing the expression of GPx2, APC, Nqo1 and CCs. LT changed the expression of 37 genes with an induction of 13 mainly oxygen transporters. In treatments associating cDDP and LT, 30 genes had their expression changed with a increase of the same genes of the cDDP treatment alone. These results suggest that LT might act scavenging reactive species and also inducing the expression of genes related to a better antioxidant response, highlighting the improvement of oxygen transport. This improved redox state of the cell through LT treatment could be related to the antigenotoxic and antioxidant effects observed.

Nanomolar Levels Of Pahs In Extracts From Urban Air Induce Mapk Signaling In Hepg2 Cells.

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are common environmental pollutants that occur naturally in complex mixtures. Many of the adverse health effects of PAHs including cancer are linked to the activation of intracellular stress response signaling. This study has investigated intracellular MAPK signaling in response to PAHs in extracts from urban air collected in Stockholm, Sweden and Limeira, Brazil, in comparison to BP in HepG2 cells. Nanomolar concentrations of PAHs in the extracts induced activation of MEK4 signaling with down-stream increased gene expression of several important stress response mediators. Involvement of the MEK4/JNK pathway was confirmed using siRNA and an inhibitor of JNK signaling resulting in significantly reduced MAPK signaling transactivated by the AP-1 transcription factors ATF2 and c-Jun. ATF2 was also identified as a sensitive stress responsive protein with activation observed at extract concentrations equivalent to 0.1 nM BP. We show that exposure to low levels of environmental PAH mixtures more strongly activates these signaling pathways compared to BP alone suggesting effects due to interactions. Taken together, this is the first study showing the involvement of MEK4/JNK/AP-1 pathway in regulating the intracellular stress response after exposure to nanomolar levels of PAHs in environmental mixtures.

Metabolic Memory Of ß-cells Controls Insulin Secretion And Is Mediated By Camkii.

Ca(2+)/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) functions both in regulation of insulin secretion and neurotransmitter release through common downstream mediators. Therefore, we hypothesized that pancreatic ß-cells acquire and store the information contained in calcium pulses as a form of metabolic memory, just as neurons store cognitive information. To test this hypothesis, we developed a novel paradigm of pulsed exposure of ß-cells to intervals of high glucose, followed by a 24-h consolidation period to eliminate any acute metabolic effects. Strikingly, ß-cells exposed to this high-glucose pulse paradigm exhibited significantly stronger insulin secretion. This metabolic memory was entirely dependent on CaMKII. Metabolic memory was reflected on the protein level by increased expression of proteins involved in glucose sensing and Ca(2+)-dependent vesicle secretion, and by elevated levels of the key ß-cell transcription factor MAFA. In summary, like neurons, human and mouse ß-cells are able to acquire and retrieve information.