Analyse génétique de la fonction du gène Polycomb Bmi1 dans le développement et la survie des photorécepteurs chez la souris.

La rétine est constituée de plusieurs types de neurones incluant les cellules amacrines, ganglionnaires, bipolaires et les photorécepteurs. Les photorécepteurs, qui englobent les cônes et les bâtonnets, sont des neurones sensoriels hautement spécialisés qui permettent la conversion de la lumière en signaux électriques par le mécanisme de phototransduction. Les mécanismes moléculaires par lesquels les progéniteurs rétiniens (RPCs) se différencient en différents neurones spécialisés comme les photorécepteurs sont encore peu connus. Le gène Polycomb Bmi1 appartient à la famille des gènes Polycomb qui forment des complexes multimériques impliqués dans la répression de l’expression génique via le remodelage de la chromatine. Au niveau biologique, le gène Bmi1 régule, entre autre, le contrôle de la prolifération cellulaire, le métabolisme des radicaux libres, et la réparation de l’ADN. Récemment, il a été démontré que Bmi1 joue un rôle critique dans la prolifération et l’auto-renouvellement d’un groupe de RPCs immatures. De plus, Bmi1 est essentiel au développement post-natal de la rétine. L'objectif de cette étude est d'analyser le rôle de Bmi1 dans le développement et la survie des photorécepteurs chez la souris. Nos résultats révèlent un phénotype de dégénérescence des photorécepteurs de types cônes chez notre modèle de souris déficiente pour Bmi1. Les bâtonnets sont insensibles à la mutation. De plus, Bmi1 est exprimé de façon prédominante dans les cônes. Nos expériences de culture de cellules rétiniennes suggèrent que le phénotype est cellule-autonome. Par ailleurs, la co-délétion du gène Chk2, membre de la réponse aux dommages à l'ADN, permet de ralentir la progression du phénotype. Les rétines Bmi1-/- et Bmi1-/-Chk2-/- présentent une augmentation importante des dommages oxydatifs à l'ADN. Ces résultats suggèrent que le stress oxydatif pourrait jouer un rôle important dans la survie des cônes. L'étude du rôle du gène Polycomb Bmi1 dans les photorécepteurs est importante pour une meilleure compréhension des mécanismes contribuant à la survie des cônes et pourrait mener à la découverte de nouveaux traitements des maladies dégénératives des cônes.

Étude moléculaire de la fonction du gène Bmi1 dans le processus de sénescence du système nerveux

Des études présentées dans cette thèse ont permis de démontrer que le gène du groupe Polycomb (PcG) Bmi1 est essentiel à l’auto-renouvellement des progéniteurs rétiniens immatures et pour le développement rétinien après la naissance. Ce travail illustre chez l’embryon que Bmi1 est hautement enrichie dans une sous-population de progéniteurs rétiniens exprimant le marqueur de surface SSEA-1 et différents marqueurs de cellules souches. À tous les stades de développement analysés, l’absence de Bmi1 résulte en une diminution de la prolifération et de l’auto-renouvellement des progéniteurs immatures. Pour mieux comprendre la cascade moléculaire en absence de Bmi1, nous avons inactivé p53 dans les colonies Bmi1-/-. Cette inactivation a permis une restauration partielle du potentiel d’auto-renouvellement. De plus, en absence de Bmi1, la prolifération et la maintenance de la population de progéniteurs rétiniens immatures localisés dans le corps ciliaire sont aussi affectées après la naissance. Bmi1 permet donc de distinguer les progéniteurs immatures de la population principale de progéniteurs, et est requis pour le développement normal de la rétine. Nous avons également démontré que l’oncogène Bmi1 est requis dans les neurones pour empêcher l’apoptose et l’induction d’un programme de vieillissement prématuré, causé par une baisse des défenses anti-oxydantes. Nous avons observé dans les neurones Bmi1-/- une augmentation des niveaux de p53, de la concentration des ROS et de la sensibilité aux agents neurotoxiques. Nous avons démontré ainsi que Bmi1 contrôle les défenses anti-oxydantes dans les neurones en réprimant l’activité pro-oxydante de p53. Dans les neurones Bmi1-/-, p53 provoque la répression des gènes anti-oxydants, induisant une augmentation des niveaux de ROS. Ces résultats démontrent pour la première fois que Bmi1 joue un rôle critique dans la survie et le processus de vieillissement neuronal.

Control of fertilization-independent endosperm development by the MEDEA polycomb gene in Arabidopsis

Higher plant reproduction is unique because two cells are fertilized in the haploid female gametophyte. Egg and sperm nuclei fuse to form the embryo. A second sperm nucleus fuses with the central cell nucleus that replicates to generate the endosperm, a tissue that supports embryo development. To understand mechanisms that initiate reproduction, we isolated a mutation in Arabidopsis, f644, that allows for replication of the central cell and subsequent endosperm development without fertilization. When mutant f644 egg and central cells are fertilized by wild-type sperm, embryo development is inhibited, and endosperm is overproduced. By using a map-based strategy, we cloned and sequenced the F644 gene and showed that it encodes a SET-domain polycomb protein. Subsequently, we found that F644 is identical to MEDEA (MEA), a gene whose maternal-derived allele is required for embryogenesis [Grossniklaus, U., Vielle-Calzada, J.-P., Hoeppner, M. A. & Gagliano, W. B. (1998) Science 280, 446–450]. Together, these results reveal functions for plant polycomb proteins in the suppression of central cell proliferation and endosperm development. We discuss models to explain how polycomb proteins function to suppress endosperm and promote embryo development.

The C-terminal SET domains of ALL-1 and TRITHORAX interact with the INI1 and SNR1 proteins, components of the SWI/SNF complex

The ALL-1 gene was discovered by virtue of its involvement in human acute leukemia. Its Drosophila homolog trithorax (trx) is a member of the trx-Polycomb gene family, which maintains correct spatial expression of the Antennapedia and bithorax complexes during embryogenesis. The C-terminal SET domain of ALL-1 and TRITHORAX (TRX) is a 150-aa motif, highly conserved during evolution. We performed yeast two hybrid screening of Drosophila cDNA library and detected interaction between a TRX polypeptide spanning SET and the SNR1 protein. SNR1 is a product of snr1, which is classified as a trx group gene. We found parallel interaction in yeast between the SET domain of ALL-1 and the human homolog of SNR1, INI1 (hSNF5). These results were confirmed by in vitro binding studies and by demonstrating coimmunoprecipitation of the proteins from cultured cells and/or transgenic flies. Epitope-tagged SNR1 was detected at discrete sites on larval salivary gland polytene chromosomes, and these sites colocalized with around one-half of TRX binding sites. Because SNR1 and INI1 are constituents of the SWI/SNF complex, which acts to remodel chromatin and consequently to activate transcription, the interactions we observed suggest a mechanism by which the SWI/SNF complex is recruited to ALL-1/trx targets through physical interactions between the C-terminal domains of ALL-1 and TRX and INI1/SNR1.

The role of Bmi1 in CNS development and in retinal degeneration

SUMMARY : The present work addresses several aspects of cell cycle regulation, cell fate specification and cell death in the central nervous system (CNS), specifically the cortex and the retina. More precisely, we investigated the role of Bmi1, a polycomb family gene required for stem cell proliferation and self-renewal, in the development of the cerebral cortex, as well as in the genesis of the retina. These data, together with studies published during the last two decades concerning cell cycle re-activation in apoptotic neurons in the CNS, raised the question of a possible link between regulation of the cell cycle during development and during retinal degeneration. 1. The effects of Bmi1 loss in the cerebral cortex : Consistently with our and others' observations on failure of Bmi9-/- stem cells to proliferate and self-renew in vitro, the Bmi9-/- cerebral cortex presented slight defects in proliferation in stem/progenitor cells compartments in vivo. This was in accordance with the pattern of Bmi1 expression in the developing forebrain. The modest proliferation defects, compared to the drastic consequences of Bmi9 loss in vitro, suggest that cell-extrinsic mechanisms may partially compensate for Bmi1 deletion in vivo during cortical histogenesis. Nevertheless, we observed a decreased proliferating activity in neurogenic regions of the adult telencephalon, more precisely in the subventricular zone, showing that Bmi1 controls neural stem/progenitor proliferation during adulthood in vivo. Our data also highlight an increased production of astrocytes at birth, and a generalized gliosis in the adult Bmi9-/- brain. Importantly, glial progenitors and astrocytes retained the ability to proliferate in the absence of Bmi1. 2. The effects of Bmi1 loss in the retina : The pattern of expression of Bmi1 during development and in the adult retina suggests a role for Bmi1 in cell fate specification and differentiation rather than in proliferation. While the layering and the global structure of the retina appear normal in Bmi1 /adult mice, immunohistochemìcal analysis revealed defects in the three major classes of retinal interneurons, namely: horizontal, bipolar and amacrine cells. Electroretinogram recordings in Bmi9-/- mice are coherent with the defects observed at the histological level, with a reduced b-wave and low-profile oscillatory potentials. These results show that Bmi1 controls not only proliferation, but also cell type generation, as previously observed in the cerebellum. 3. Cell cycle events and related neuroprotective strategies in retinal degeneration : In several neurodegenerative disorders, neurons re-express cell cycle proteins such as cyclin dependent kinases (Cdks) prior to apoptosis. Here, we show for the first time that this is also the case during retinal degeneration. Rd1 mice carry a recessive defect (Pdeóbrd/rd) that causes retinal degeneration and serves as a model of retinitis pigmentosa. We found that photoreceptors express Cdk4 and Cdk2, and undergo DNA synthesis prior to cell death. To interfere with the reactivation of Cdk-related pathways, we deleted E2fs or Brni1, which normally allow cell cycle progression. While deleting E2f1 (downstream of Cdk4/6) in Rd1 mice provides only temporary protection, knocking out Bmi1 (upstream of Cdks) leads to an extensive neuroprotective effect, independent of p16ink4a or p19arf, two tumor suppressors regulated by Bmi1. Analysis of Cdks and the DNA repair-related protein Ligase IV showed that Bmi1 acts downstream of DNA repair events and upstream of Cdks in this neurodegenerative mechanism. Expression of Cdks during an acute model of retinal degeneration, light damage-induced photoreceptor death, points to a role for Bmi1 and cell cycle proteins in retinal degeneration. Considering the similarity with the cell cycle-related apoptotic pathway observed in other neurodegenerative diseases, Bmi1 is a possible general target to prevent or delay neuronal death. RESUME : Ce travail aborde plusieurs aspects de la régulation du cycle cellulaire, de la spécification du devenir des cellules et de la mort cellulaire dans le système nerveux centrale (SNC), plus particulièrement dans le cortex cérébral et dans la rétine. Nous nous sommes intéressés au gène Bmi1, appartenant à la famille polycomb et nécessaire à la prolifération et au renouvellement des cellules souches. Nous avons visé à disséquer son rôle dans le développement du cortex et de la rétine. Ces données, ainsi qu'une série de travaux publiés au cours des deux dernières décennies concernant la réactivation du cycle cellulaire dans les neurones en voie d'apoptose dans le SNC, nous ont ensuite poussé à chercher un lien entre la régulation du cycle cellulaire pendant le développement et au cours de la dégénérescence rétinienne. 1. Les effets de l'inactivation de Bmi1 dans le cortex cérébral : En accord avec l'incapacité des cellules souches neurales in vitro à proliférer et à se renouveler en absence de Bmi1, le cortex cérébral des souris Bmi1-/- présente de légers défauts de prolifération dans les compartiments contenant les cellules souches neurales. Ceci est en accord avec le profil d'expression de Bmi1 dans le télencéphale. Les conséquences de la délétion de Bmi1 sont toutefois nettement moins prononcées in vivo qu'in vitro ; cette différence suggère l'existence de mécanismes pouvant partiellement compenser l'absence de Bmi1 pendant la corticogenèse. Néanmoins, l'observation d'une réduction de la prolifération dans la zone sous-ventriculaire, la zone majeure de neurogenèse dans le télencéphale adulte, montre que Bmi1 contrôle la prolifération des cellules souche/progénitrices neurales chez la souris adulte. Nos résultats démontrent par ailleurs une augmentation de la production d'astrocytes à la naissance ainsi qu'une gliose généralisée à l'état adulte chez les souris Bmi1-/-. Les progéniteurs gliaux et les astrocytes conservent donc leur capacité à proliférer en absence de Bmi1. 2. Les effets de l'inactivation de Bmi1 dans la rétine : Le profil d'expression de Bmi1 pendant fe développement ainsi que dans la rétine adulte suggère un rôle de Bmi1 dans la spécification de certains types cellulaires et dans la différentiation plutôt que dans la prolifération. Alors que la structure et la lamination de la rétine semblent normales chez les souris Bmi1-/-, l'analyse par immunohistochimie amis en évidence des défauts au niveau des trois classes d'interneurones rétiniens (les cellules horizontales, bipolaires et amacrines). Les électrorétinogrammes des souris Bmi1-/- sont cohérents avec les défauts observés au niveau histologique et montrent une réduction de l'onde « b » et des potentiels oscillatoires. Ces résultats montrent que Bmi1 contrôle la génération de certaines sous-populations de neurones, comme démontré auparavant au niveau de cervelet. 3. Réactivation du cycle cellulaire et stratégies théraoeutiaues dans les dégénérescences rétiniennes : Dans plusieurs maladies neurodégénératives, les neurones ré-expriment des protéines du cycle cellulaire telles que les kinases cycline-dépendantes (Cdk) avant d'entrer en apoptose. Nous avons démontré que c'est aussi le cas dans les dégénérescences rétiniennes. Les souris Rd1 portent une mutation récessive (Pde6brd/rd) qui induit une dégénérescence de la rétine et sont utilisées comme modèle animal de rétinite pigmentaire. Nous avons observé que les photorécepteurs expriment Cdk4 et Cdk2, et entament une synthèse d'ADN avant de mourir par apoptose. Pour interférer avec la réactivation les mécanismes Cdk-dépendants, nous avons inactivé les gènes E2f et Bmi1, qui permettent normalement la progression du cycle cellulaire. Nous avons mis en évidence que la délétion de E2f1 (en aval de Cdk4/6) dans les souris Rd1 permet une protection transitoire des photorécepteurs. Toutefois, l'inactivation de Bmi1 (en amont des Cdk) est corrélée à une neuroprotection bien plus durable et ceci indépendamment de p16ink4a et p19arf, deux suppresseurs de tumeurs normalement régulés par Bmi1. L'analyse des Cdk et de la ligase IV (une protéine impliquée dans les mécanismes de réparation de l'ADN) a montré que Bmi1 agit en aval des événements de réparation de l'ADN et en amont des Cdk dans la cascade apoptotique dans les photorécepteurs des souris Rd1. Nous avons également observé la présence de Cdk dans un modèle aigu de dégénérescence rétinienne induit par une exposition des animaux à des niveaux toxiques de lumière. Nos résultats suggèrent donc un rôle général de Bmi1 et des protéines du cycle cellulaire dans les dégénérescences de la rétine. Si l'on considère la similarité avec les événements de réactivation du cycle cellulaire observés dans d'autres maladies neurodégénératives, Bmi1 pourrait être une cible thérapeutique générale pour prévenir la mort neuronale.

Different Effects of BORIS/CTCFL on Stemness Gene Expression, Sphere Formation and Cell Survival in Epithelial Cancer Stem Cells.

Cancer stem cells are cancer cells characterized by stem cell properties and represent a small population of tumor cells that drives tumor development, progression, metastasis and drug resistance. To date, the molecular mechanisms that generate and regulate cancer stem cells are not well defined. BORIS (Brother of Regulator of Imprinted Sites) or CTCFL (CTCF-like) is a DNA-binding protein that is expressed in normal tissues only in germ cells and is re-activated in tumors. Recent evidences have highlighted the correlation of BORIS/CTCFL expression with poor overall survival of different cancer patients. We have previously shown an association of BORIS-expressing cells with stemness gene expression in embryonic cancer cells. Here, we studied the role of BORIS in epithelial tumor cells. Using BORIS-molecular beacon that was already validated, we were able to show the presence of BORIS mRNA in cancer stem cell-enriched populations (side population and spheres) of cervical, colon and breast tumor cells. BORIS silencing studies showed a decrease of sphere formation capacity in breast and colon tumor cells. Importantly, BORIS-silencing led to down-regulation of hTERT, stem cell (NANOG, OCT4, SOX2 and BMI1) and cancer stem cell markers (ABCG2, CD44 and ALDH1) genes. Conversely, BORIS-induction led to up-regulation of the same genes. These phenotypes were observed in cervical, colon and invasive breast tumor cells. However, a completely different behavior was observed in the non-invasive breast tumor cells (MCF7). Indeed, these cells acquired an epithelial mesenchymal transition phenotype after BORIS silencing. Our results demonstrate that BORIS is associated with cancer stem cell-enriched populations of several epithelial tumor cells and the different phenotypes depend on the origin of tumor cells.

Rôle du gène Polycomb BMI1 dans le maintien et la radiorésistance des cellules souches cancéreuses

Le glioblastome multiforme (GBM) est la tumeur cérébrale la plus commune et létale chez l’adulte. Malgré les avancés fulgurantes dans la dernière décennie au niveau des thérapies contre le cancer, le pronostique reste inchangé. Le manque de spécificité des traitements est la cause première de la récurrence de cette tumeur. Une meilleure compréhension au niveau des mécanismes moléculaires et biologiques de cette tumeur est impérative. La découverte des cellules souches cancéreuses (CD133+) au niveau du GBM offre une nouvelle opportunité thérapeutique contre cette tumeur. Effectivement, les cellules CD133+ seraient responsables de l’établissement, le maintien et la progression du GBM. De plus, elles sont également la cause de la résistance du GBM faces aux traitements de radiothérapies. Ces cellules représentent une cible de choix dans le but d’éradiquer le GBM. L’oncogène BMI1 a été associé à plusieurs types de tumeurs et est également essentielle au maintien de différentes populations de cellules souches normales et cancéreuses. Une forte expression de BMI1 est observée au niveau du GBM et plus précisément, un enrichissement préférentiel de cette protéine est noté au niveau des cellules CD133+. L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer le rôle potentiel de BMI1 dans le maintien et la radiorésistance des cellules souches cancéreuses (CSC), CD133+ du GBM. La fonction principale de BMI1 est la régulation négative du locus INK4A/ARF. Ce locus est impliqué dans l’activation de deux voies majeurs anti-tumorales : P53 et RB. Or, la perte de BMI1 induit in vitro une diminution des capacités prolifératives, une augmentation de la différentiation et de l’apoptose, ainsi qu’une augmentation de la radiosensibilité des CSC du GBM indépendamment de la présence du locus INK4A/ARF. Effectivement, deux tumeurs sur trois possèdent une délétion de ce locus, ce qui suggère que BMI1 possède d’autre(s) cible(s) transcriptionnelle(s). Parmi ces nouvelles cibles ont retrouve la protéine P21, un régulateur négatif du cycle cellulaire. De plus, la perte de BMI1 inhibe l’établissement d’une tumeur cérébrale lors d’études de xénogreffe chez la souris NOD/SCID. Également, une nouvelle fonction de BMI1 indépendante de son activité transcriptionnel a été démontrée. Effectivement, suite à l’induction d’un bris double brin (BDB) de l’ADN, BMI1 est rapidement recruté au niveau de la lésion et influence le recrutement des protéines de reconnaissance du dommage à l’ADN. La perte de BMI1 mène à un défaut au niveau de la reconnaissance et la réparation de l’ADN, alors que sa surexpression induit plutôt une augmentation de ces mécanismes et procure une radiorésistance. Ces résultats décrivent pour la première fois l’importance de BMI1 au niveau du maintien, de l’auto-renouvellement et la radiorésistance des CSC du GBM. Ainsi, ces travaux démontrent que la protéine BMI1 représente une cible thérapeutique de choix dans le but d’éradiquer le GBM, une tumeur cérébrale létale.

The E2F6 transcription factor is a component of the mammalian Bmi1-containing polycomb complex

The E2F transcription factors play a key role in the regulation of cellular proliferation and terminal differentiation. E2F6 is the most recently identified and the least well understood member of the E2F family. It is only distantly related to the other E2Fs and lacks the sequences responsible for both transactivation and binding to the retinoblastoma protein. Consistent with this finding, E2F6 can behave as a dominant negative inhibitor of the other E2F family members. In this study, we continue to investigate the possible role(s) of E2F6 in vivo. We report the isolation of RYBP, a recently identified member of the mammalian polycomb complex, as an E2F6-interacting protein. Mapping studies indicate that RYBP binds within the known “repression domain” of E2F6. Moreover, we demonstrate that endogenous E2F6 and polycomb group proteins, including RYBP, Ring1, MEL-18, mph1, and the oncoprotein Bmi1, associate with one another. These findings suggest that the biological properties of E2F6 are mediated through its ability to recruit the polycomb transcriptional repressor complex.

The evolution of controlled multitasked gene networks: The role of introns and other noncoding RNAs in the development of complex organisms

Eukaryotic phenotypic diversity arises from multitasking of a core proteome of limited size. Multitasking is routine in computers, as well as in other sophisticated information systems, and requires multiple inputs and outputs to control and integrate network activity. Higher eukaryotes have a mosaic gene structure with a dual output, mRNA (protein-coding) sequences and introns, which are released from the pre-mRNA by posttranscriptional processing. Introns have been enormously successful as a class of sequences and comprise up to 95% of the primary transcripts of protein-coding genes in mammals. In addition, many other transcripts (perhaps more than half) do not encode proteins at all, but appear both to be developmentally regulated and to have genetic function. We suggest that these RNAs (eRNAs) have evolved to function as endogenous network control molecules which enable direct gene-gene communication and multitasking of eukaryotic genomes. Analysis of a range of complex genetic phenomena in which RNA is involved or implicated, including co-suppression, transgene silencing, RNA interference, imprinting, methylation, and transvection, suggests that a higher-order regulatory system based on RNA signals operates in the higher eukaryotes and involves chromatin remodeling as well as other RNA-DNA, RNA-RNA, and RNA-protein interactions. The evolution of densely connected gene networks would be expected to result in a relatively stable core proteome due to the multiple reuse of components, implying,that cellular differentiation and phenotypic variation in the higher eukaryotes results primarily from variation in the control architecture. Thus, network integration and multitasking using trans-acting RNA molecules produced in parallel with protein-coding sequences may underpin both the evolution of developmentally sophisticated multicellular organisms and the rapid expansion of phenotypic complexity into uncontested environments such as those initiated in the Cambrian radiation and those seen after major extinction events.

Compositional and functional analysis of polycomb target chromatin

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Molecular Biology

Dual role of Bmi1 loss in the preservation of photoreceptor layers in the Rd1 mouse

Purpose: In the Rd1 and Rd10 mouse models of retinitis pigmentosa, a mutation in the Pde6ß gene leads to the rapid loss of photoreceptors. As in several neurodegenerative diseases, Rd1 and Rd10 photoreceptors re-express cell cycle proteins prior to death. Bmi1 regulates cell cycle progression through inhibition of CDK inhibitors, and its deletion efficiently rescues the Rd1 retinal degeneration. The present study evaluates the effects of Bmi1 loss in photoreceptors and Müller glia, since in lower vertebrates, these cells respond to retinal injury through dedifferentiation and regeneration of retinal cells. Methods: Cell death and Müller cell activation were analyzed by immunostaining of wild-type, Rd1 and Rd1;Bmi1-/- eye sections during retinal degeneration, between P10 and P20. Lineage tracing experiments use the GFAP-Cre mouse (JAX) to target Müller cells. Results: In Rd1 retinal explants, inhibition of CDKs reduces the amount of dying cells. In vivo, Bmi1 deletion reduces CDK4 expression and cell death in the P15 Rd1;Bmi1-/- retina, although cGMP accumulation and TUNEL staining are detected at the onset of retinal degeneration (P12). This suggests that another process acts in parallel to overcome the initial loss of Rd1;Bmi1-/- photoreceptors. We demonstrate here that Bmi1 loss in the Rd1 retina enhances the activation of Müller glia by downregulation of p27Kip1, that these cells migrate toward the ONL, and that some cells express the retinal progenitor marker Pax6 at the inner part of the ONL. These events are also observed, but to a lesser extent, in Rd1 and Rd10 retinas. At P12, EdU incorporation shows proliferating cells with atypical elongated nuclei at the inner border of the Rd1;Bmi1-/- ONL. Lineage tracing targeting Müller cells is in process and will determine the implication of this cell population in the maintenance of the Rd1;Bmi1-/- ONL thickness and whether downregulation of Bmi1 in Rd10 Müller cells equally stimulates their activation. Conclusions: Our results show a dual role of Bmi1 deletion in the rescue of photoreceptors in the Rd1;Bmi1-/- retina. Indeed, the loss of Bmi1 reduces Rd1 retinal degeneration, and as well, enhances the Müller glia activation. In addition, the emergence of cells expressing a retinal progenitor marker in the ONL suggests Bmi1 as a blockade to the regeneration of retinal cells in mammals.

A study of the polycomb group complexes in the maintenance of heterochromatic genome stability and Alzheimer's disease.

La démence d'Alzheimer est une maladie neurodégénérative caractérisée par une perte progressive et irreversible des fonctions cognitives et des compétences intellectuelles. La maladie d’Alzheimer se présente sous deux formes: la forme familiale ou précoce (EOAD) qui représente 5% des cas et elle est liée à des mutations génétiques affectant le métabolisme des peptides amyloïde; et la forme tardive ou sporadique (LOAD) qui représente 95% des cas mais son étiologie est encore mal définie. Cependant, le vieillissement reste le principal facteur de risque pour développer LOAD. Les changements épigénétiques impliquant des modifications des histones jouent un rôle crucial dans les maladies neurodégénératives et le vieillissement lié à l'âge. Des données récentes ont décrit LOAD comme un désordre de l'épigénome et ont associé ce trouble à l'instabilité génomique. Les protéines Polycomb sont des modificateurs épigénétiques qui induisent le remodelage de la chromatine et la répression des gènes à l'hétérochromatine facultative. Nous rapportons que les souris hétérozygotes pour une protéine Polycomb développent avec l'âge un trouble neurologique ressemblant à LOAD caractérisé par l’altération des fonctions cognitives, la phosphorylation de la protéine tau, l'accumulation des peptides amyloïde, et le dysfonctionnement synaptique. Ce phénotype pathologique est précédé par la décondensation de l’hétérochromatine neuronale et l'activation de la réponse aux dommages à l'ADN. Parallèlement, une réduction d’expression de polycomb, malformations de l'hétérochromatine neuronale, et l'accumulation de dommages à l'ADN étaient également présents dans les cerveaux de patients LOAD. Remarquablement, les dommages de l'ADN ne sont pas distribués de façon aléatoire sur le génome mais sont enrichis au niveau des séquences répétitives. Les conclusions présentées dans cette thèse ont identifié des modifications épigénétiques spécifiques qui conduisent à une instabilité génomique aberrante menant à la formation de LOAD. Ces résultats vont aider au développement de nouveaux traitements qui peuvent potentiellement ralentir la neurodégénérescence.

Myc-mediated control of gene transcription in cancer cells

The Myc oncoproteins belong to a family of transcription factors composed by Myc, N-Myc and L-Myc. The most studied components of this family are Myc and N-Myc because their expressions are frequently deregulated in a wide range of cancers. These oncoproteins can act both as activators or repressors of gene transcription. As activators, they heterodimerize with Max (Myc associated X-factor) and the heterodimer recognizes and binds a specific sequence elements (E-Box) onto gene promoters recruiting histone acetylase and inducing transcriptional activation. Myc-mediated transcriptional repression is a quite debated issue. One of the first mechanisms defined for the Myc-mediated transcriptional repression consisted in the interaction of Myc-Max complex Sp1 and/or Miz1 transcription factors already bound to gene promoters. This interaction may interfere with their activation functions by recruiting co-repressors such as Dnmt3 or HDACs. Moreover, in the absence of , Myc may interfere with the Sp1 activation function by direct interaction and subsequent recruitment of HDACs. More recently the Myc/Max complex was also shown to mediate transcriptional repression by direct binding to peculiar E-box. In this study we analyzed the role of Myc overexpression in Osteosarcoma and Neuroblastoma oncogenesis and the mechanisms underling to Myc function. Myc overexpression is known to correlate with chemoresistance in Osteosarcoma cells. We extended this study by demonstrating that c-Myc induces transcription of a panel of ABC drug transporter genes. ABCs are a large family trans-membrane transporter deeply involved in multi drug resistance. Furthermore expression levels of Myc, ABCC1, ABCC4 and ABCF1 were proved to be important prognostic tool to predict conventional therapy failure. N-Myc amplification/overexpression is the most important prognostic factor for Neuroblastoma. Cyclin G2 and Clusterin are two genes often down regulated in neuroblastoma cells. Cyclin G2 is an atypical member of Cyclin family and its expression is associated with terminal differentiation and apoptosis. Moreover it blocks cell cycle progression and induces cell growth arrest. Instead, CLU is a multifunctional protein involved in many physiological and pathological processes. Several lines of evidences support the view that CLU may act as a tumour suppressor in Neuroblastoma. In this thesis I showed that N-Myc represses CCNG2 and CLU transcription by different mechanisms. • N-Myc represses CCNG2 transcription by directly interacting with Sp1 bound in CCNG2 promoter and recruiting HDAC2. Importantly, reactivation of CCNG2 expression through epigenetic drugs partially reduces N-Myc and HDAC2 mediated cell proliferation. • N-Myc/Max complex represses CLU expression by direct binding to a peculiar E-box element on CLU promoter and by recruitment of HDACs and Polycomb Complexes, to the CLU promoter. Overall our findings strongly support the model in which Myc overexpression/amplification may contribute to some aspects of oncogenesis by a dual action: i) transcription activation of genes that confer a multidrug resistant phenotype to cancer cells; ii), transcription repression of genes involved in cell cycle inhibition and cellular differentiation.

Targeting the p53–MDM2 interaction by the small-molecule MDM2 antagonist Nutlin-3a: a new challenged target therapy in adult Philadelphia positive acute lymphoblastic leukemia patients

The human p53 tumor suppressor, known as the “guardian of the genome”, is one of the most important molecules in human cancers. One mechanism for suppressing p53 uses its negative regulator, MDM2, which modulates p53 by binding directly to and decreasing p53 stability. In testing novel therapeutic approaches activating p53, we investigated the preclinical activity of the MDM2 antagonist, Nutlin-3a, in Philadelphia positive (Ph+) and negative (Ph-) leukemic cell line models, and primary B-Acute lymphoblastic leukemia (ALL) patient samples. In this study we demonstrated that treatment with Nutlin-3a induced grow arrest and apoptosis mediated by p53 pathway in ALL cells with wild-type p53, in time and dose-dependent manner. Consequently, MDM2 inhibitor caused an increase of pro-apoptotic proteins and key regulators of cell cycle arrest. The dose-dependent reduction in cell viability was confirmed in primary blast cells from Ph+ ALL patients with the T315I Bcr-Abl kinase domain mutation. In order to better elucidate the implications of p53 activation and to identify biomarkers of clinical activity, gene expression profiling analysis in sensitive cell lines was performed. A total of 621 genes were differentially expressed (p < 0.05). We found a strong down-regulation of GAS41 (growth-arrest specific 1 gene) and BMI1 (a polycomb ring-finger oncogene) (fold-change -1.35 and -1.11, respectively; p-value 0.02 and 0.03, respectively) after in vitro treatment as compared to control cells. Both genes are repressors of INK4/ARF and p21. Given the importance of BMI in the control of apoptosis, we investigated its pattern in treated and untreated cells, confirming a marked decrease after exposure to MDM2 inhibitor in ALL cells. Noteworthy, the BMI-1 levels remained constant in resistant cells. Therefore, BMI-1 may be used as a biomarker of response. Our findings provide a strong rational for further clinical investigation of Nutlin-3a in Ph+ and Ph-ALL.

Polycomb repressive complex 2 and induced basal-like breast cancer phenotype mediated by cyclin E/Cdk2

Despite of much success of breast cancer treatment, basal-like breast cancer subtype still presented as a clinical challenge to mammary oncologist for its lack of available targeted therapy owing to their negative expression of targeted molecules, such as PgR, ERα and Her2. These molecules are all critical regulators in mammary gland development. EZH2, a histone methyltransferase, by forming Polycomb Repressive Complex 2(PRC2) can directly suppress a large array of developmental regulators. Overexpression of cyclin E has also been correlated with basal-like (triple-negative) breast cancer and poor prognosis. We found an important functional link between these two molecules. Cyclin E/Cdk2 can enhance PRC2 function by phosphorylating a specific residue of EZH2, threonine 416 and increasing EZH2's ability to complex with SUZ12. This regulation would further recruit whole PRC2 complex to core promoter regions of these developmental regulators. The local enrichment of PRC2 complex would then trimethylate H3K27 around the core promoter regions and suppress the expression of targeted genes, which included PgR, ERα, erbB2 and BRCA1. This widespread gene suppressive effect imposed by highly active PRC2 complex would then transform the lumina) type cell to adopt a basal-like phenotype. This finding suggested deregulated Cdk2 activity owing to cyclin E overexpression may contribute to basal phenotype through enhancing epigenetic silencing effects by regulating PRC2 function. Inhibition of Cdk2 activity in basal-like cancer cells may help release the suppression, reexpress the silenced genes and become responsive to existing anti-hormone or anti-Her2 therapy. From this study, the mechanisms described here provided a rationale to target basal-like breast cancer by new combinational therapy of Cdk2 inhibitors together with Lapatinib, or Aromatin. ^