OXIDATIVE STRESS BASED STRATEGIES FOR ENHANCING THE EFFICACY OF HISTONE DEACETYLASE INHIBITORS (HDACi)

Histone deacetylase inhibitors (HDACi) are anti-cancer drugs that primarily act upon acetylation of histones, however they also increase levels of intracellular reactive oxygen species (ROS). We hypothesized that agents that cause oxidative stress might enhance the efficacy of HDACi. To test this hypothesis, we treated acute lymphocytic leukemia cells (ALL) with HDACi and adaphostin (ROS generating agent). The combination of two different HDACi (vorinostat or entinostat) with adaphostin synergistically induced apoptosis in ALL. This synergistic effect was blocked when cells were pre-treated with the caspase-9 inhibitor, LEHD. In addition, we showed that loss of the mitochondrial membrane potential is the earliest event observed starting at 12 h. Following this event, we observed increased levels of superoxide at 16 h, and ultimately caspase-3 activation. Pre-treatment with the antioxidant N-acetylcysteine (NAC) blocked ROS generation and reversed the loss of mitochondrial membrane potential for both combinations. Interestingly, DNA fragmentation and caspase-3 activity was only blocked by NAC in cells treated with vorinostat-adaphostin; but not with entinostat-adaphostin. These results suggest that different redox mechanisms are involved in the induction of ROS-mediated apoptosis. To further understand these events, we studied the role of the antioxidants glutathione (GSH) and thioredoxin (Trx). We found that the combination of entinostat-adaphostin induced acetylation of the antioxidant thioredoxin (Trx) and decreased intracellular levels of GSH. However, no effect on Trx activity was observed in either combination. In addition, pre-treatment with GSH ethyl ester, a soluble form of GSH, did not block DNA fragmentation. Together these results suggested that GSH and Trx are not major players in the induction of oxidative stress. Array data examining the expression of genes involved in oxidative stress demonstrated a differential regulation between cells treated with vorinostat-adaphostin and entinostat-adaphostin. Some of the genes differentially expressed between the combinations include aldehyde oxidase 1, glutathione peroxidase-5, -6, peroxiredoxin 6 and myeloperoxidase. Taken together, these experimental results indicate that the synergistic activity of two different HDACi with adaphostin is mediated by distinct redox mechanisms in ALL cells. Understanding the mechanism involved in these combinations will advance scientific knowledge of how the action of HDACi could be augmented in leukemia models. Moreover, this information could be used for the development of effective clinical trials combining HDACi with other anticancer agents.

Chemoprevention of rat hepatocarcinogenesis with histone deacetylase inhibitors: Efficacy of tributyrin, a butyric acid prodrug

Hepatocellular carcinoma (HCC) ranks in prevalence and mortality among top 10 cancers worldwide. Butyric acid (BA), a member of histone deacetylase inhibitors (HDACi) has been proposed as an anticareinogenic agent. However, its short half-life is a therapeutical limitation. This problem could be circumvented with tributyrin (TB), a proposed BA prodrug. To investigate TB effectiveness for chemoprevention, rats were treated with the compound during initial phases of ""resistant hepatocyte"" model of hepatocarcinogenesis, and cellular and molecular parameters were evaluated. TB inhibited (p < 0.05) development of hepatic preneoplastic lesions (PNL) including persistent ones considered HCC progression sites. TB increased (p < 0.05) PNL remodeling, a process whereby they tend to disappear. TB did not inhibit cell proliferation in PNL, but induced (p < 0.05) apoptosis in remodeling ones. Compared to controls, rats treated with TB presented increased (P < 0.05) hepatic levels of BA indicating its effectiveness as a prodrug. Molecular mechanisms of TB-induced hepatocarcinogenesis chemoprevention were investigated. TB increased (p < 0.05) hepatic nuclear histone H3K9 hyperacetylation specifically in PNL and p21 protein expression, which could be associated with inhibitory HDAC effects. Moreover, it reduced (p < 0.05) the frequency of persistent PNL with aberrant cytoplasmic p53 accumulation, an alteration associated with increased malignancy. Original data observed in our study support the effectiveness of TB as a prodrug of BA and as an HDACi in hepatocarcinogenesis chemoprevention. Besides histone acetylation and p21 restored expression, molecular mechanisms involved with TB anticarcinogenic actions could also be related to modulation of p53 pathways. (C) 2008 Wiley-Liss, Inc.

Identificació de noves dianes terapèutiques en neoplàsies limfoides

El limfoma de cèl•lules de mantell (LCM) és un limfoma de cèl•lules B incurable que presenta sobreexpressió de ciclina D1. Això fa necessari el desenvolupament de noves teràpies. Els gens supressors de tumors estan alterats en càncer pel silenciament epigenètic aberrant, com a conseqüència de la desacetilació de les histones dels seus promotors. Els inhibidors de les desacetilases d'histones (HDACi) són nous compostos amb resultats prometedors per al tractament de tumors. L'objectiu principal, i que ha durat 7 mesos, va ser analitzar l'activitat antitumoral de l'àcid hidroxàmic suberoilanílid (SAHA, vorinostat), un HDACi en fase d'assajos clínics per al tractament de varis tumors, en cèl•lules de LCM. Es va analitzar la sensibilitat al SAHA (Merck Pharmaceuticals) en nou línies cel•lulars humanes de LCM, que es diferenciaven en les alteracions genètiques, les característiques replicatives i la sensibilitat als fàrmacs; i cèl•lules primàries de 6 pacients. El SAHA va presentar un efecte citotòxic heterogeni amb DL50 (Dosi Letal 50) de 3.25 μM a &25 μM amb 24 d'incubació. Aquest efecte citotòxic s'incrementava notablement després de 48 hores d'incubació assolint una DL50 de 0.34 a 5.69 μM. Cal destacar que 5 dels 6 casos de les mostres primàries de LCM van mostrar una elevada sensibilitat (DL50 & 8.07 μM). A nivell mecanistic, el SAHA va augmentar l'acetilació de les histones H3 i H4, i va disminuir els nivells de proteïna de la ciclina D1 i c-Flip. La citometria de flux i els anàlisis per Western Blot van posar de manifest que l'efecte citotòxic del SAHA es dóna a través de l'activació de la via mitocondrial de mort cel•lular i la cascada de caspases. El SAHA indueix l'expressió transcripcional de la proteïna proapoptòtica Bmf. Aquests resultats suggereixen que el SAHA podria ser una nova teràpia prometedora per al tractament del LCM.

Chromatin regulation in schistosomes and histone modifying enzymes as drug targets

Only one drug is currently available for the treatment and control of schistosomiasis and the increasing risk of selecting strains of schistosome that are resistant to praziquantel means that the development of new drugs is urgent. With this objective we have chosen to target the enzymes modifying histones and in particular the histone acetyltransferases and histone deacetylases (HDAC). Inhibitors of HDACs (HDACi) are under intense study as potential anti-cancer drugs and act via the induction of cell cycle arrest and/or apoptosis. Schistosomes like other parasites can be considered as similar to tumours in that they maintain an intense metabolic activity and rate of cell division that is outside the control of the host. We have shown that HDACi can induce apoptosis and death of schistosomes maintained in culture and have set up a consortium (Schistosome Epigenetics: Targets, Regulation, New Drugs) funded by the European Commission with the aim of developing inhibitors specific for schistosome histone modifying enzymes as novel lead compounds for drug development.

Histone deacetylase inhibitors impair antibacterial defenses of macrophages

Les déacetylases d'histones (HDACs) déacétylent non seulement les histones, ce qui a généralement pour effet d'augmenter la transcription et l'expression génique, mais également d'autres protéines comme par exemple des protéines de choc thermique (HSP90), la tubuline alpha, certains récepteurs aux stéroïdes ainsi que de nombreux facteurs de transcription (NF-kB p65, Sp1, etc.). Ainsi les HDACs participent au contrôle de nombreux processus cellulaires. Les inhibiteurs des HDACs (ou HDACi), de part leur capacité à induire la différenciation cellulaire et l'apoptose, sont parmi les anti-cancéreux les plus prometteurs en cours de développement pour dans le traitement des néoplasies solides et hématologiques. Récemment, l'activité anti-inflammatoire et immuno- modulatrice des HDACi a été mise en évidence et exploitée avec succès pour le traitement de pathologies auto-immunes dans des modèles précliniques. L'effet des HDACi sur la réponse immunitaire innée restant largement inconnu, nous avons entrepris la première étude d'envergure dans ce domaine. Dans un premier article, nous démontrons que les HDACi inhibent l'expression de nombreux gènes (récepteurs aux produits microbiens, cytokines, chimiokines, molécules d'adhésion et co-stimulatrices, facteurs de croissance, etc.) impliqués dans les défenses anti¬infectieuses in vitro. En accord avec ces données, les HDACi augmentent la mortalité d'animaux infectés dans des modèles de pneumonie et de candidose bénignes. De manière congruente, les HDACi protègent les animaux de mortalité induite par choc toxique et septique en inhibant la réponse inflammatoire exubérante qui caractérise ces pathologies (Roger T. et al., Blood 2011). Afin de caractériser plus en détails l'influence des HDACi sur la réponse immunitaire innée, nous avons également analysé l'impact de deux HDACi, l'acide valproïque (VPA) et la trichostatin A (TSA), sur les principaux mécanismes de défenses antimicrobiennes des macrophages. Dans un second article (Mombelli et al., Journal of Infectious Diseases 2011), nous rapportons que la VPA et la TSA diminuent la capacité des macrophages à phagocyter et à détruire les bactéries Gram-positives Staphylococcus aureus et Gram-négatives Escherichia coli. En accord avec ces données, les HDACi inhibent l'expression de molécules impliquées dans la phagocytose comme les récepteurs éboueurs (Msr 1 et CD14) et de type lectine (Dectin 1), ainsi que les récepteurs aux opsonines (intégrines). Par ailleurs, les HDACi interfèrent avec l'expression de différentes sous unités de la NADPH oxydase (gp91p"ox, p22 phox, p47 phox, p40 phox, p67 phox et Rac2) et de l'oxyde nitrique (NO) synthétase inductible (iNOS), qui sont responsables de la production de dérivés oxygénés (ROS) et nitrogénés (NO) essentiels à la destruction des microorganismes dans le phagolysosome. En résumé, cette étude décrit des mécanismes par lesquels les HDACi diminuent la capacité d'ingérer et de détruire les bactéries, et ainsi augmentent la susceptibilité aux infections. Globalement, nos données indiquent que les HDACi sont de puissants anti¬inflammatoires qui pourraient favoriser la survenue d'infections chez les patients cancéreux traités avec ces drogues, comme semble par ailleurs le suggérer des études cliniques rapportées dans la littérature. Nous proposons un suivi clinique infectieux strict chez les patients traités avec ces agents.

Epigenetics in sepsis: targeting histone deacetylases.

Severe sepsis and septic shock are lethal complications of infection, characterised by dysregulated inflammatory and immune responses. Our understanding of the pathogenesis of sepsis has improved markedly in recent years, but unfortunately has not been translated into efficient treatment strategies. Epigenetic mechanisms such as covalent modification of histones by acetylation are master regulators of gene expression under physiological and pathological conditions, and strongly impact on inflammatory and host defence responses. Histone acetylation is controlled by histone acetyltransferases and histone deacetylases (HDACs), which affect gene expression also by targeting non-histone transcriptional regulators. Numerous HDAC inhibitors (HDACi) are being tested in clinical trials, primarily for the treatment of cancer. We performed the first comprehensive study of the impact of HDACi on innate immune responses in vitro and in vivo. We showed that HDACi act essentially as negative regulators of the expression of critical immune receptors and antimicrobial pathways in innate immune cells. In agreement, HDACi impaired phagocytosis and killing of bacteria by macrophages, and increased susceptibility to non-severe bacterial and fungal infections. Strikingly, proof-of-principle studies demonstrated that HDACi protect from lethal toxic shock and septic shock. Overall, our observations argue for a close monitoring of the immunological and infection status of patients treated with HDACi, especially immunocompromised cancer patients. They also support the concept of pharmacological inhibitors of HDACs as promising drugs to treat inflammatory diseases, including sepsis.

Histone deacetylase inhibitors impair antibacterial defenses of macrophages.

Histone deacetylases (HDACs) control gene expression by deacetylating histones and nonhistone proteins. HDAC inhibitors (HDACi) are powerful anticancer drugs that exert anti-inflammatory and immunomodulatory activities. We recently reported a proof-of-concept study demonstrating that HDACi increase susceptibility to bacterial infections in vivo. Yet, still little is known about the effects of HDACi on antimicrobial innate immune defenses. Here we show that HDACi belonging to different chemical classes inhibit at multiple levels the response of macrophages to bacterial infection. HDACi reduce the phagocytosis and the killing of Escherichia coli and Staphylococcus aureus by macrophages. In line with these findings, HDACi decrease the expression of phagocytic receptors and inhibit bacteria-induced production of reactive oxygen and nitrogen species by macrophages. Consistently, HDACi impair the expression of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase subunits and inducible nitric oxide synthase. These data indicate that HDACi have a strong impact on critical antimicrobial defense mechanisms in macrophages.

Complex molecular mechanisms cooperate to mediate histone deacetylase inhibitors anti-tumour activity in neuroblastoma cells

BACKGROUND: Histone deacetylase inhibitors (HDACi) are a new class of promising anti-tumour agent inhibiting cell proliferation and survival in tumour cells with very low toxicity toward normal cells. Neuroblastoma (NB) is the second most common solid tumour in children still associated with poor outcome in higher stages and, thus NB strongly requires novel treatment modalities. RESULTS: We show here that the HDACi Sodium Butyrate (NaB), suberoylanilide hydroxamic acid (SAHA) and Trichostatin A (TSA) strongly reduce NB cells viability. The anti-tumour activity of these HDACi involved the induction of cell cycle arrest in the G2/M phase, followed by the activation of the intrinsic apoptotic pathway, via the activation of the caspases cascade. Moreover, HDACi mediated the activation of the pro-apoptotic proteins Bid and BimEL and the inactivation of the anti-apoptotic proteins XIAP, Bcl-xL, RIP and survivin, that further enhanced the apoptotic signal. Interestingly, the activity of these apoptosis regulators was modulated by several different mechanisms, either by caspases dependent proteolytic cleavage or by degradation via the proteasome pathway. In addition, HDACi strongly impaired the hypoxia-induced secretion of VEGF by NB cells. CONCLUSION: HDACi are therefore interesting new anti-tumour agents for targeting highly malignant tumours such as NB, as these agents display a strong toxicity toward aggressive NB cells and they may possibly reduce angiogenesis by decreasing VEGF production by NB cells.

Efficacy of the dietary histone deacetylase inhibitor butyrate alone or in combination with vitamin A against proliferation of MCF-7 human breast cancer cells

The combined treatment with histone deacetylase inhibitors (HDACi) and retinoids has been suggested as a potential epigenetic strategy for the control of cancer. In the present study, we investigated the effects of treatment with butyrate, a dietary HDACi, combined with vitamin A on MCF-7 human breast cancer cells. Cell proliferation was evaluated by the crystal violet staining method. MCF-7 cells were plated at 5 x 10(4) cells/mL and treated with butyrate (1 mM) alone or combined with vitamin A (10 µM) for 24 to 120 h. Cell proliferation inhibition was 34, 10 and 46% following treatment with butyrate, vitamin A and their combination, respectively, suggesting that vitamin A potentiated the inhibitory activities of butyrate. Furthermore, exposure to this short-chain fatty acid increased the level of histone H3K9 acetylation by 9.5-fold (Western blot), but not of H4K16, and increased the expression levels of p21WAF1 by 2.7-fold (Western blot) and of RARβ by 2.0-fold (quantitative real-time PCR). Our data show that RARβ may represent a molecular target for butyrate in breast cancer cells. Due to its effectiveness as a dietary HDACi, butyrate should be considered for use in combinatorial strategies with more active retinoids, especially in breast cancers in which RARβ is epigenetically altered.

Action anti-leucémique des inhibiteurs de la méthylation de l’ADN et de la déacétylation des histones

Les gènes suppresseurs de tumeurs (TSGs) contrôlent la prolifération cellulaire et leur inactivation joue un rôle important dans la leucémogénèse. Deux mécanismes épigénétiques majeurs sont impliqués dans la répression des TSGs: 1- la méthylation de l’ADN et 2- la déacétylation des histones des chromosomes. On les dit épigénétiques car ils n’affectent pas la séquence de l’ADN. Ces phénomènes sont réversibles, faisant donc d’eux des cibles thérapeutiques de choix. Dans le cadre de cette thèse, nous avons évalué le potentiel chimiothérapeutique de différents agents qui visent ces mécanismes épigénétiques et nous les avons administrés seuls et en combinaison dans le but d’améliorer leur efficacité. La 5-aza-2’-désoxycytidine (5-Aza-CdR) est un inhibiteur de la méthylation de l’ADN qui permet la ré-expression des TSGs. Cet agent s’est avéré efficace contre certaines maladies hématologiques et est d’ailleurs approuvé aux États-Unis dans le traitement du syndrome myélodysplasique depuis 2006. Cependant, le protocole d’administration optimal de cet agent, en termes de doses et de durée, n’est toujours pas établi. Nos recherches suggèrent que le celui-ci devrait être plus intensif que ce que rapporte la littérature. Les inhibiteurs des déacétylases des histones (HDACi) ont également montré une activité antinéoplasique intéressante. De récentes recherches ont montré que la combinaison d’agents ciblant à la fois la méthylation de l’ADN et la déacétylation des histones produit une réactivation synergique des TSGs, ce à quoi nous nous sommes intéressé. Nous avons observé que la co-administration d’un HDACi avec la 5-Aza-CdR potentialise son action anti-leucémique. Il est aussi possible d’augmenter l’activité de la 5-Aza-CdR en inhibant sa dégradation par l’enzyme cytidine (CR) désaminase. Nous avons observé que la co-administration du zebularine, un inhibiteur de la CR désaminase, avec la 5-Aza-CdR accroît son efficacité. Le zebularine est aussi un inhibiteur de la méthylation de l’ADN, ce qui pourrait contribuer à la potentialisation de la réponse anti-leucémique observée lors de la co-administration de ces deux agents. En résumé, il est possible d’augmenter l’efficacité anti-leucémique de la 5-Aza-CdR en : 1- intensifiant son protocole d’administration, en termes de doses et de durée, 2- la combinant avec un HDACi, et 3- diminuant sa dégradation par la CR désaminase. L’utilisation de ces résultats précliniques dans l’élaboration de protocoles cliniques pourrait être bénéfique à beaucoup de patients.

Analytical strategies for the comprehensive profiling of histone post translational modifications by mass spectrometry and implications for functional analyses

Le long bio-polymère d'ADN est condensé à l’intérieur du noyau des cellules eukaryotes à l'aide de petites protéines appelées histones. En plus de leurs fonctions condensatrices,ces histones sont également la cible de nombreuses modifications post-traductionnelles(MPT), particulièrement au niveau de leur section N-terminale. Ces modifications réversibles font partie d’un code d’histones épi-génétique transmissible qui orchestre et module dynamiquement certains événements impliquant la chromatine, tels l’activation et la désactivation de gènes ainsi que la duplication et la réparation d’ADN. Ces modifications sont impliquées subséquemment dans la signalisation et la progression de cancers, tels que la leucémie. En conséquence, l'élucidation des modifications d’histones est importante pour comprendre leurs fonctions biologiques. Une méthodologie analytique a été mise au point en laboratoire pour isoler, détecter, et quantifier les MPT d’histones en utilisant une approche rapide à deux volets à l’aide d’outils bioinformatiques spécialisés. La méthodologie développée en laboratoire a été validée en utilisant des histones de souche sauvage ainsi que deux types d’histones mutants déficients en enzymes acétyltransferase. Des trois sources d’histones utilisées, la seule MPT qui a démontré un changement significatif est l’acétylation de l’histone H3 à lysine 56 (H3K56ac). L’expression et la stoechiométrie de cette MPT, issue de cellules de souche sauvage et de cellules mutantes, ont été déterminées avec précision et comparées. Les fonctions de balayage polyvalentes d'un instrument à trappe ionique quadrupôle linéaire hybride ont été utilisées pour améliorer la détection de protéines intactes. Le mode de balayage « enhanced multiply charged » (EMC) a été modifié pour contenir et détecter les ions de protéines intactes situées dans la trappe ionique linéaire. Ce mode de balayage nommé « targeted EMC » (tEMC) a permis de quadrupler le niveau de sensibilité (signal/interférence), et quintupler la résolution du mode de balayage conventionnel. De plus, la capacité de séparation des charges du tEMC a réduit de façon significative les effets de « space charge » dans la trappe ionique linéaire. La résolution supérieure du mode tEMC a permis de différencier plusieurs isoformes modifiées, particulièrement pour l’histone H3. L’analyse des peptides d’histones trypsiques à l’aide du mode de balayage « MRM » a permis le séquençage et la quantification de MPT avec un haut degré de précision. La seule MPT qui était sous-exprimée entre l’histone de souche sauvage et le mutant DOT1L fut la méthylation de l’histone H3 lysine 79(H3K79me1). Les effets de deux inhibiteurs d’enzymes HDAC (HDACi) sur l’expression de MPT d’histone ont été évalués en utilisant la méthodologie analytique mentionnée. Les histones extraites de cellules normales et cancéreuses ont été exposées à du Vorinostat(SAHA) ou du Entinostat (MS-275) pour une période de 24 à 72 heures. Deux histones furent principalement affectées, soit H3 et H4. Étonnamment, les mêmes effets n'ont pas été détectés lorsque les cellules normales ont été traitées avec le HDACi pour une période de 48 à 72 heures. Une méthode absolue de quantification avec une courbe d’étalonnage a été développée pour le peptide H3K56ac. Contrairement à certaines publications, nos résultats démontrent que cette MPT est présente dans les cellules mammifères avec une stoechiométrie très basse (< 0,1%) et n'est pas surexprimée de façon significative après le traitement au HDACi.

Signalisation par les récepteurs des œstrogènes : mécanismes de reconnaissance de l’ADN et nouvelles approches pharmacologiques d’inhibition

Malgré les progrès des traitements des cancers du sein, ceux-ci demeurent la seconde cause de mortalité par cancer au Canada. Parmi les gènes associés aux cancers du sein, le récepteur des œstrogènes ERα est exprimé dans plus de 70% des tumeurs mammaires, qui prolifèrent en réponse aux œstrogènes, faisant de lui une cible de choix. ERα est un facteur de transcription ligand-dépendant, liant des éléments de réponse PuGGTCAnnnTGACCPy. Afin d’examiner la capacité des récepteurs nucléaires à reconnaitre de nouveaux motifs ADN, des mutants aux capacités de liaison modifiées ont été générés. Parmi les quatre résidus interagissant avec l’ADN, R211 ne peut pas être modifiée sans perdre complètement la liaison du récepteur à l’ADN. Néanmoins, les mutations combinées de plusieurs acides aminés contactant les bases de l’ERE ont généré des récepteurs capables de reconnaitre de nouveaux motifs, tout en conservant des niveaux de transactivation efficaces. L’utilisation potentielle des récepteurs nucléaires comme outils de thérapie génique hormono-dépendant, repose sur la prédiction des motifs de liaison efficaces. Étant donné son importance dans la carcinogenèse mammaire, ERα est une cible cruciale des thérapies anti-néoplastiques. L’anti-œstrogène total, ICI, induit la dégradation de ERα et l’arrêt de la croissance des cellules tumorales mammaires ERα-positives. De plus, la nouvelle drogue anti-tumorale HDACi, SAHA, module la voie de signalisation des œstrogènes et possède des propriétés prometteuses en association avec d’autres traitements anti-tumoraux. En effet, le co-traitement ICI et SAHA a un impact synergique sur l’inhibition de la prolifération des cellules mammaires tumorales ERα-positives. Cette synergie repose sur la coopération des effets de ICI et SAHA pour réduire les niveaux protéiques de ERα et bloquer la progression du cycle cellulaire via la modulation de la transcription des gènes cibles des œstrogènes. En fait, les fortes doses de HDACis masquent rapidement et complètement la signalisation transcriptionnelle des œstrogènes. De plus, les gènes cibles primaires des œstrogènes, contenant des EREs, présentent la même régulation transcriptionnelle en réponse aux fortes doses de SAHA ou du co-traitement, avec des doses utilisables en clinique de ICI et SAHA. En fait, ICI mime l’impact des fortes doses de SAHA, en dégradant ERα, potentialisant ainsi la répression de la transcription ERE-dépendante par SAHA. Finalement, la synergie des effets de ICI et SAHA pourrait augmenter l’efficacité des traitements des tumeurs mammaires.

Histone H2A exogène induit à différenciation et la sénescence des cellules cancéreuses

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Rôle de l’acétylation/déacétylation des histones dans la régulation de l’expression des gènes de la COX-2, iNOS et mPGES-1 dans les tissus articulaires.

L’arthrose ou ostéoarthrose (OA) est l’affection rhumatologique la plus fréquente au monde. Elle est caractérisée principalement par une perte du cartilage articulaire et l’inflammation de la membrane synoviale. L’interleukine (IL)-1ß, une cytokine pro-inflammatoire, joue un rôle très important dans la pathogenèse de l’OA. Elle exerce son action en induisant l’expression des enzymes cyclo-oxygénase 2 (COX-2), prostaglandine E synthétase microsomale 1 (mPGES-1) et l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) ainsi que la production de la prostaglandine E2 (PGE2) et de l’oxyde nitrique (NO). Ces derniers (PGE2 et NO) contribuent à la synovite et la destruction du cartilage articulaire par leurs effets pro-inflammatoires, pro-cataboliques, anti-anaboliques, pro-angiogéniques et pro-apoptotiques. Les modifications épigénétiques, telles que la méthylation de l’ADN, et l’acétylation et la méthylation des histones, jouent un rôle crucial dans la régulation de l’expression des gènes. Parmi ces modifications, l’acétylation des histones est la plus documentée. Ce processus est contrôlé par deux types d’enzymes : les histones acétyltransférases (HAT) qui favorisent la transcription et les histones déacétylases (HDAC) qui l’inhibent. L’objectif de ce travail est d’examiner le rôle des enzymes HDAC dans la régulation de l’expression de la COX-2, mPGES-1 et iNOS. Nous avons montré qu’au niveau des chondrocytes, les inhibiteurs des HDAC (iHDAC), trichostatine A (TSA) et butyrate de sodium (NaBu), suppriment l’expression de la COX-2 et iNOS au niveau de l’ARNm et protéique, ainsi que la production de la PGE2 et du NO, induites par l’IL-1ß. L’effet inhibiteur à lieu sans affecter l’activité de liaison à l’ADN du facteur de transcription NF-κB (nuclear factor κ B). La TSA et le NaBu inhibent également la dégradation induite par l’IL-1ß des protéoglycanes au niveau du cartilage. Nous avons également montré, qu’au niveau des fibroblastes synoviaux, les iHDAC, TSA, NaBu et acide valproïque (VA), suppriment l’expression de la mPGES-1 ainsi que la production de la PGE2 induites par l’IL-1ß. En utilisant diverses approches expérimentales, nous avons montré que HDAC4 est impliquée dans l’induction de l’expression de la mPGES-1 par l’IL-1ß. HDAC4 exerce son action, via son activité déacétylase, en augmentant l’activité transcriptionnelle de Egr-1 (early growth factor 1), facteur de transcription principal de l’expression de la mPGES-1. L’ensemble de ces résultats suggère que les inhibiteurs des HDAC pourraient être utilisés dans le traitement de l’OA.

Study of nuclear receptor dynamics by BRET

Les récepteurs nucléaires (RN) sont des facteurs de transcription ligand dépendants qui contrôlent une grande variété de processus biologiques de la physiologie humaine, ce qui a fait d'eux des cibles pharmacologiques privilégiées pour de nombreuses maladies. L'un de ces récepteurs, le récepteur de l’œstrogène alpha (ERα), peut activer la prolifération cellulaire dans certaines sections de l'épithélium mammaire tandis qu’un autre, le récepteur de l'acide rétinoïque alpha (RARα), peut provoquer un arrêt de la croissance et la différenciation cellulaire. La signalisation de ces deux récepteurs peut être altérée dans le cancer du sein, contribuant à la tumorigénèse mammaire. L’activité d’ERα peut être bloquée par les anti-oestrogènes (AE) pour inhiber la prolifération des cellules tumorales mammaires. Par contre, l’activation des voies de RARα avec des rétinoïdes dans un contexte clinique a rencontré peu de succès. Ceci pourrait résulter du manque de spécificité des ligands testés pour RARα et/ou de leur activité seulement dans certains sous-types de tumeurs mammaires. Puisque les récepteurs nucléaires forment des homo- et hétéro-dimères, nous avons cherché à développer de nouveaux essais pharmacologiques pour étudier l'activité de complexes dimériques spécifiques, leur dynamique d’association et la structure quaternaire des récepteurs des œstrogènes. Nous décrivons ici une nouvelle technique FRET, surnommée BRET avec renforcement de fluorescence par transferts combinés (BRETFect), qui permet de détecter la formation de complexes de récepteurs nucléaires ternaires. Le BRETFect peut suivre l'activation des hétérodimères ERα-ERβ et met en évidence un mécanisme allostérique d'activation que chaque récepteur exerce sur son partenaire de dimérisation. L'utilisation de BRETFect en combinaison avec le PCA nous a permis d'observer la formation de multimères d’ERα fonctionnels dans des cellules vivantes pour la première fois. La formation de multimères est favorisée par les AE induisant la dégradation du récepteur des oestrogènes, ce qui pourrait contribuer à leurs propriétés spécifiques. Ces essais de BRET apportent une nette amélioration par rapport aux tests de vecteurs rapporteur luciférase classique, en fournissant des informations spécifiques aux récepteurs en temps réel sans aucune interférence par d'autres processus tels que la transcription et de la traduction. L'utilisation de ces tests nous a permis de caractériser les propriétés de modulation de l’activité des récepteurs nucléaires d’une nouvelle classe de molécules hybrides qui peuvent à la fois lier ERa ou RAR et inhiber les HDACs, conduisant au développement de nouvelles molécules prometteuses bifonctionnelles telles que la molécule hybride RAR-agoniste/HDACi TTNN-HA.