Le réglage fin du programme de transcription nécessite l'interaction de plusieurs protéines et éléments d'ADN dans un environnement bien organisé. Nous avons proposé l'existence d'un équilibre de l'écosystème transcriptionnel, un modèle où les facteurs de transcription (TF) déclenchés par des stimuli contrôlent l'expression de cibles spécifiques, avec des conséquences pour l'environnement local. Pour nos études, nous nous sommes concentrés sur le cancer du sein (BRCA) positif au récepteur des œstrogènes (ER), où le maître TF ER alpha (ERα) est déclenché par les œstrogènes et contrôle la croissance, en tant que moteur clé de la progression du BRCA. En conséquence, les thérapies anti-œstrogènes limitent temporairement l'action des œstrogènes, mais une résistance survient invariablement, soulevant des questions sur les mécanismes potentiels impliqués dans la résistance aux anti-œstrogènes. Dans mon premier chapitre, j'ai montré que la surexpression du maître TF de la réponse au stress Heat shock Factor 1 (HSF1) est associée à la résistance aux anti-œstrogènes, à la dégradation de l'ERα et à la répression du programme transcriptionnel de l'ERα dans les cellules cancéreuses du sein. Fait intéressant, la réduction des niveaux de HSF1 rétablit l'expression de l'ERα et la réponse aux anti-œstrogènes, soutenant une anticorrélation entre les deux programmes transcriptionnels, une tendance également observée chez les patients BRCA. Dans mon deuxième chapitre, j'ai caractérisé un mécanisme pour expliquer le crosstalk entre HSF1 et ERα : la disponibilité cellulaire du chaperon moléculaire HSP70. HSP70 est un chaperon responsable du repliement des protéines et associé à la stabilité de HSF1 et ERα. De plus, il a été récemment confirmé que HSP70 agit comme un régulateur négatif de l'activité HSF1 au niveau de la chromatine. En conséquence, j'ai démontré que l'activation de l'ERα augmente le recrutement de HSP70 sur les promoteurs de gènes activés par HSF1, désengageant la transcription et induisant la formation de foyers HSF1, un marqueur de HSF1 inactif. Fait intéressant, l'inhibition de HSP70 bloque l'impact négatif de la voie des œstrogènes sur la réponse au stress. Collectivement, nos résultats soutiennent la relation intrinsèque de la diaphonie entre HSF1 et ERα, avec des conséquences sur la façon dont une cellule répondra aux stimuli environnementaux. / Fine tuning of the transcriptional program requires the interaction of multiple proteins and DNA elements in a well-organized environment. We proposed the existence of a transcriptional ecosystem equilibrium, a model where stimuli-triggered transcription factors (TFs) control the expression of specific targets, with consequences for the local environment. For our studies, we focused on Estrogen Receptor (ER)-positive breast cancer (BRCA), where the master TF ER alpha (ERα) is triggered by estrogens and controls growth, as a key driver for BRCA progression. Accordingly, antiestrogen therapies temporarily limit the action of estrogens, but resistance invariably arise, raising questions about potential mechanisms involved in antiestrogen resistance. In my first chapter, I showed that overexpression of the stress-response master TF Heat shock Factor 1 (HSF1) is associated with antiestrogen resistance, ERα degradation and repression of the ERα-transcriptional program in breast cancer cells. Interestingly, reduction of the HSF1 levels reinstates expression of the ERα and response to antiestrogens, supporting an anticorrelation between both transcriptional programs, a trend also seen in BRCA patients. In my second chapter, I characterized a mechanism to explain the crosstalk between HSF1 and ERα : the cellular availability of the molecular chaperone HSP70. HSP70 is a chaperone responsible for protein folding and associated with HSF1 and ERα stability. Also, it was recently confirmed that HSP70 acts as a negative regulator of HSF1 activity at the chromatin level. Accordingly, I demonstrated that activation of the ERα increases the recruitment of HSP70 on HSF1-activated gene promoters, disengaging transcription and inducing formation of HSF1 foci, a marker of inactive HSF1. Interestingly, inhibition of HSP70 blocks the negative impact of the estrogen pathway on the stress response. Collectively, our results support the intrinsic relation of the crosstalk between HSF1 and ERα, with consequences for how a cell will respond to environmental stimuli.

Le réglage fin du programme de transcription nécessite l'interaction de plusieurs protéines et éléments d'ADN dans un environnement bien organisé. Nous avons proposé l'existence d'un équilibre de l'écosystème transcriptionnel, un modèle où les facteurs de transcription (TF) déclenchés par des stimuli contrôlent l'expression de cibles spécifiques, avec des conséquences pour l'environnement local. Pour nos études, nous nous sommes concentrés sur le cancer du sein (BRCA) positif au récepteur des œstrogènes (ER), où le maître TF ER alpha (ERα) est déclenché par les œstrogènes et contrôle la croissance, en tant que moteur clé de la progression du BRCA. En conséquence, les thérapies anti-œstrogènes limitent temporairement l'action des œstrogènes, mais une résistance survient invariablement, soulevant des questions sur les mécanismes potentiels impliqués dans la résistance aux anti-œstrogènes. Dans mon premier chapitre, j'ai montré que la surexpression du maître TF de la réponse au stress Heat shock Factor 1 (HSF1) est associée à la résistance aux anti-œstrogènes, à la dégradation de l'ERα et à la répression du programme transcriptionnel de l'ERα dans les cellules cancéreuses du sein. Fait intéressant, la réduction des niveaux de HSF1 rétablit l'expression de l'ERα et la réponse aux anti-œstrogènes, soutenant une anticorrélation entre les deux programmes transcriptionnels, une tendance également observée chez les patients BRCA. Dans mon deuxième chapitre, j'ai caractérisé un mécanisme pour expliquer le crosstalk entre HSF1 et ERα : la disponibilité cellulaire du chaperon moléculaire HSP70. HSP70 est un chaperon responsable du repliement des protéines et associé à la stabilité de HSF1 et ERα. De plus, il a été récemment confirmé que HSP70 agit comme un régulateur négatif de l'activité HSF1 au niveau de la chromatine. En conséquence, j'ai démontré que l'activation de l'ERα augmente le recrutement de HSP70 sur les promoteurs de gènes activés par HSF1, désengageant la transcription et induisant la formation de foyers HSF1, un marqueur de HSF1 inactif. Fait intéressant, l'inhibition de HSP70 bloque l'impact négatif de la voie des œstrogènes sur la réponse au stress. Collectivement, nos résultats soutiennent la relation intrinsèque de la diaphonie entre HSF1 et ERα, avec des conséquences sur la façon dont une cellule répondra aux stimuli environnementaux. / Fine tuning of the transcriptional program requires the interaction of multiple proteins and DNA elements in a well-organized environment. We proposed the existence of a transcriptional ecosystem equilibrium, a model where stimuli-triggered transcription factors (TFs) control the expression of specific targets, with consequences for the local environment. For our studies, we focused on Estrogen Receptor (ER)-positive breast cancer (BRCA), where the master TF ER alpha (ERα) is triggered by estrogens and controls growth, as a key driver for BRCA progression. Accordingly, antiestrogen therapies temporarily limit the action of estrogens, but resistance invariably arise, raising questions about potential mechanisms involved in antiestrogen resistance. In my first chapter, I showed that overexpression of the stress-response master TF Heat shock Factor 1 (HSF1) is associated with antiestrogen resistance, ERα degradation and repression of the ERα-transcriptional program in breast cancer cells. Interestingly, reduction of the HSF1 levels reinstates expression of the ERα and response to antiestrogens, supporting an anticorrelation between both transcriptional programs, a trend also seen in BRCA patients. In my second chapter, I characterized a mechanism to explain the crosstalk between HSF1 and ERα : the cellular availability of the molecular chaperone HSP70. HSP70 is a chaperone responsible for protein folding and associated with HSF1 and ERα stability. Also, it was recently confirmed that HSP70 acts as a negative regulator of HSF1 activity at the chromatin level. Accordingly, I demonstrated that activation of the ERα increases the recruitment of HSP70 on HSF1-activated gene promoters, disengaging transcription and inducing formation of HSF1 foci, a marker of inactive HSF1. Interestingly, inhibition of HSP70 blocks the negative impact of the estrogen pathway on the stress response. Collectively, our results support the intrinsic relation of the crosstalk between HSF1 and ERα, with consequences for how a cell will respond to environmental stimuli.

La 17β-HSD1 catalyse l’activation de l’oestrogène le plus actif, l’estradiol, ainsi que la désactivation de la dihydrotestosterone, l’androgène le plus puissant. Cette enzyme est considé ré e comme une cible prometteuse pour le traitement des maladies dépendantes des oestrogènes. Malgré des décennies de recherches, aucun inhibiteur ciblant la 17β-HSD1 n’a encore atteint le stade clinique. De plus, le mécanisme de l’inhibition du substrat de la 17β-HSD1, qui peut être utilisé pour faciliter la conception d’inhibiteur, n’est toujours pas bien dé montré de maniè re structurelle. Ici, nous avons Co-cristallisé trois inhibiteurs de différence, à savoir l’EM- 139, le 2-MeO-CC-156 et le PBRM, avec la 17β-HSD1 et avons résolu ces structures cristallines. L’inhibiteur ré versible EM-139 s’est révélé moins stable dans le site de liaison aux stéroïdes, avec seulement la fraction du noyau stéroïdien de l’inhibiteur présentant une densité d’électron définissable. La fraction volumineuse de 7α-alkyle de l’inhibiteur, qui limite son activité anti-oestrogénique, n’est pas dé finie dans la densité électronique, peut compromettre l’effet inhibiteur de l’inhibiteur sur l’enzyme. Quant à l’inhibiteur réversible, le 2-MeO-CC-156, il interagit de maniè re similaire que le CC-156 avec l’enzyme. Cependant, avec la présence du groupe 2-MeO, le pouvoir inhibiteur de la 17β-HSD1 est nettement infé rieur à celui du CC-156. L’analyse du complexe ternaire PBRM avec la 17β-HSD1 montre clairement la formation d’une liaison covalente entre l’His221 et la chaîne laté rale bromoethyl de l’inhibiteur, donnant un aperç u des interactions molé culaires bé né fiques qui favorisent la liaison et l’avè nement de N-alkylation ulté rieur dans le site catalytique de l’enzyme. En outre, le groupe bromoethyl en position C-3 du PBRM justifie son profil non oestrogénique, ralentit son mé tabolisme et assure son action spé cifique de la 17β-HSD1 par la formation d’une liaison covalente avec Nε du ré sidu His221. Nous avons aussi Co-cristallisé la 17β-HSD1 avec l’oestrone ainsi qu’avec l’analogue de l’oestrone et du cofacteur NADP+, la structure a révélé un mode de liaison inversé de l’oestrone dans l’enzyme, jamais trouvé dans les complexes d’estradiol. L’analyse structurale a démontré que His221 est le résidu clé responsable de la réorganisation et de la stabilisation de l’oestrone liée de manière inversée, conduisant à la formation d’un complexe sans issue. Ainsi, sur la base du mécanisme d’inhibition du substrat et de l’analyse computationnelle, une novelle entité chimique (SX7) est proposé e qui peut inhiber la 17β-HSD1 et former un complexe sans issue. De plus, avec un grand nombre d’échantillons cliniques, nous avons dé montré la modulation et la corrélation d’expression significative de plusieurs enzymes clés de conversion des sté roïdes, supportant les 17β-HSD1 et 17β-HSD7 ré ductrices comme cibles prometteuses et la nouvelle thé rapie combiné e ciblant les 11β-HSD2 et 17β- HSD7 / Human 17β-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 (17β-HSD1) catalyzes the activation of the most potent estrogen estradiol as well as the deactivation of the most active androgen dihydrotestosterone, and is considered as a promising target for the treatment of estrogen-dependent diseases such as endometriosis, breast cancer, endometrial cancer and ovarian cancer. Despite decades of research, no inhibitor targeting 17β-HSD1 has yet reached the stage of clinical trials. Moreover, the structure-biological function of the substrate inhibition of 17β-HSD1, which can be used to facilitate the inhibitor design, is still not well demonstrated. Here we co-crystallized three different inhibitors, namely EM-139, 2-MeO-CC-156 and PBRM, with 17β-HSD1 and solved the structures of these complexes. The reversible inhibitor EM-139 showed high mobility in the steroid binding site with only its steroid core moiety could be defined in the electron density. The bulky 7α-alkyl moiety of the inhibitor, which guarantees its anti-estrogenic activity but unable to be defined in the electron density, may compromise the inhibitory effect of the inhibitor on the enzyme. As for the reversible inhibitor 2-MeO-CC-156, it interacts similarly to CC-156 with the enzyme. However, in the presence of the 2- MeO group, it shows much less inhibitory potency to 17β-HSD1 as compared to the CC-156. The analysis of the PBRM ternary complex with 17β-HSD1 clearly shows an unambiguous continuity of electron density from the side chain of His221 to the bound PBRM, demonstrating the formation of a covalent bond between the Nε of His221 and the C-31 (BrCH2) of the inhibitor. This result provides insight into beneficial molecular interactions that favor the binding and subsequent N-alkylation event in the enzyme catalytic site. Also, the bromoethyl group at position C-3 of the PBRM warrants its non-estrogenic profile, slows down its metabolism, and secures the specific action of 17β-HSD1 through the formation of a covalent bond with Nε of residue His221. Meanwhile, we co-crystallized 17β-HSD1 with estrone as well as with estrone and cofactor analog NADP+, revealed a reversely orientated binding mode of estrone in the enzyme, never found in reported estradiol complexes. Structural analysis demonstrated that His221 is the key residue responsible for the reorganization and stabilization of the reversely bound estrone, leading to the formation of a dead-end complex. Thus, based on the substrate inhibition mechanism and computational analysis, a chemical entity (SX7) is proposed that may inhibit 17β-HSD1 and form a dead-end complex. Furthermore, with large number clinical samples, we demonstrated the significant expression modulation and expression correlation of several key steroidconverting enzymes, supporting the reductive 17β-HSD1 and 17β-HSD7 as promising targets and the new combined therapy targeting 11β-HSD2 and 17β-HSD7.

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. / Despite the progress in breast cancer therapy, it is still the second cause of death by cancer in the western world. The estrogen receptor alpha (ER) is expressed in more than 70% of breast tumors, which then proliferate in response to E2 stimulation. ERα is a ligand-dependant transcription factor, which binds to palindromic response elements composed of PuGGTCA motifs. In order to examine the capacity of nuclear receptors to be tailored to recognize novel DNA motifs, rational design of ERα mutants with altered binding specificity were achieved. Of the four amino-acids interacting with DNA, R211 cannot be altered to another residu without a complete loss of DNA binding. However, combined mutagenesis of the amino-acids contacting the bases of the ERE generate receptors that recognized a new type of motifs with efficient transcriptional transactivation levels. In order to consider nuclear receptors as potential hormonal-dependent tools for genetic therapy, bio-informatic models predicting DNA binding are needed. Considering its importance in breast carcinogenesis, ERα is a crucial target for anti-neoplastic therapies. The full anti-estrogen ICI provokes ER degradation and ER-positive breast cancer growth arrest. Moreover, the new HDACi anti-tumoral drug, SAHA modulates the estrogen pathway and have promising properties in association with other anti-neoplastic drugs. In this context, our goal was to determine the effects of the ICI and SAHA combined treatment on breast cancer cell proliferation. The combined treatment has a synergistic impact on inhibiting ERα-positive breast cancer cell growth. It occurs through the cooperation of ICI and SAHA to reduce ER protein level, and to block the cell cycle progression through the transcriptional regulation of E2-target genes. Actually, high doses of HDACis completely and rapidly mask E2-transcriptional signaling. Moreover, primary E2-target genes show the same transcriptional regulation in presence of high doses of SAHA as with the co-treatment, using clinically feasible doses of ICI and SAHA. In fact, ICI mimics the impact of high doses of SAHA through ER degradation, and then potentiate the repressional effect of low doses of SAHA on ERE-dependant transcription. Finally, the synergy of ICI and SAHA might increase the potency of breast cancer therapy.

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. / Despite the progress in breast cancer therapy, it is still the second cause of death by cancer in the western world. The estrogen receptor alpha (ER) is expressed in more than 70% of breast tumors, which then proliferate in response to E2 stimulation. ERα is a ligand-dependant transcription factor, which binds to palindromic response elements composed of PuGGTCA motifs. In order to examine the capacity of nuclear receptors to be tailored to recognize novel DNA motifs, rational design of ERα mutants with altered binding specificity were achieved. Of the four amino-acids interacting with DNA, R211 cannot be altered to another residu without a complete loss of DNA binding. However, combined mutagenesis of the amino-acids contacting the bases of the ERE generate receptors that recognized a new type of motifs with efficient transcriptional transactivation levels. In order to consider nuclear receptors as potential hormonal-dependent tools for genetic therapy, bio-informatic models predicting DNA binding are needed. Considering its importance in breast carcinogenesis, ERα is a crucial target for anti-neoplastic therapies. The full anti-estrogen ICI provokes ER degradation and ER-positive breast cancer growth arrest. Moreover, the new HDACi anti-tumoral drug, SAHA modulates the estrogen pathway and have promising properties in association with other anti-neoplastic drugs. In this context, our goal was to determine the effects of the ICI and SAHA combined treatment on breast cancer cell proliferation. The combined treatment has a synergistic impact on inhibiting ERα-positive breast cancer cell growth. It occurs through the cooperation of ICI and SAHA to reduce ER protein level, and to block the cell cycle progression through the transcriptional regulation of E2-target genes. Actually, high doses of HDACis completely and rapidly mask E2-transcriptional signaling. Moreover, primary E2-target genes show the same transcriptional regulation in presence of high doses of SAHA as with the co-treatment, using clinically feasible doses of ICI and SAHA. In fact, ICI mimics the impact of high doses of SAHA through ER degradation, and then potentiate the repressional effect of low doses of SAHA on ERE-dependant transcription. Finally, the synergy of ICI and SAHA might increase the potency of breast cancer therapy.

Plus de 70% des tumeurs mammaires expriment le récepteur des œstrogènes alpha (ERα), un facteur de transcription dépendant de ses ligands, les œstrogènes. Deux types d’anti-œstrogènes (AE) peuvent être utilisés en clinique pour traiter ces tumeurs : les SERM (Selective Estrogen Receptor Modulators) qui sont des agonistes partiels, tels que le tamoxifène, le SERM le plus communément utilisé en première ligne de traitement. Les SERD (Selective Estrogen Receptor Degraders) sont des AE purs et induisent la dégradation de ERα. Le fulvestrant a été le premier SERD utilisé en clinique, en seconde ligne de traitement après rechute ou dans un contexte métastatique. Cependant, il est très peu biodisponible oralement. ERα est ubiquitiné en présence de SERD, ce qui conduit à sa dégradation par la voie du protéasome. De plus, nous avons montré qu’ERα est également SUMOylé en présence de fulvestrant et d’autres AE purs. Cette SUMOylation contribue à supprimer ses propriétés transcriptionnelles. La SUMOylation et l’ubiquitination sont deux modifications post-traductionnelles similaires et consistent en la conjugaison d’une petite protéine (SUMO1/2/3 ou ubiquitine) sur des résidus d’une protéine cible lors d’une cascade de réactions impliquant trois enzymes : une enzyme activatrice E1, une enzyme de conjugaison E2 et une ligase E3. Ces processus peuvent être réversibles à l’aide de déSUMOylases (SENP) ou déubiquitinases (DUB). Dans un premier temps, nous avons étudié les déterminants structuraux de ERα nécessaires pour sa SUMOylation. Nos analyses Western et nos tests BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfer), dans lesquels nous avons mesuré le transfert d’énergie entre un donneur luminescent (ERα ou ERβ fusionnés à la luciférase) et un accepteur fluorescent (SUMO1 ou SUMO3 fusionnée à la YFP), ont montré que ERα est SUMOylé en présence de fulvestrant, mais pas son paralogue ERβ. Nous avons ensuite créé des chimères dans lesquelles nous avons échangé les domaines de ERα et de ERβ et avons étudié le profil de SUMOylation de ces chimères à l’aide des mêmes essais. Nous avons ainsi mis en évidence que les séquences spécifiques à ERα dans les hélices H3-H4 du domaine de liaison au ligand sont nécessaires et suffisantes pour sa SUMOylation en présence de fulvestrant. Dans cette région, les acides aminés spécifiques à ERα ne sont pas de potentiels substrats de modification. De plus, ces hélices font partie du sillon de recrutement de cofacteurs de ERα, ce qui suggère qu’il y a un recrutement différentiel de la machinerie de SUMOylation par ERα et ERβ en présence de fulvestrant. Nous avons montré que la surexpression de PIAS1 et PIAS2 peut augmenter le signal de SUMOylation. Nous avons ensuite étudié le lien entre la SUMOylation et l’ubiquitination de ERα induites par les AE. Nous avons adapté nos tests BRET pour mesurer l’ubiquitination de ERα, en réalisant des essais Ubi-BRET (Ubiquitine fusionnée à la YFP). Nous avons ainsi pu observer que la SUMOylation et l’ubiquitination de ERα sont affectées par les mêmes mutations en présence d’AE, suggérant un lien entre ces deux voies de modification de ERα induites par les AEs purs. Des essais en cinétique BRET ont montré que ces modifications se font en parallèle et que l’utilisation d’inhibiteurs de SUMOylation chimiques (ML-792 et TAK-981) ou protéiques (déSUMOylase SENP1/2) abrogent la SUMOylation de ERα. En revanche, l’ubiquitination de ERα par différents AE est partiellement diminuée lorsque ces inhibiteurs sont utilisés. La surexpression des protéines RNF4 et RNF111, qui sont des enzymes E3 ubiquitine ligases qui vont ubiquitiner spécifiquement les protéines SUMOylées (STUbL), augmente l’ubiquitination de ERα en présence de fulvestrant et d’autres SERD, de manière dépendante de la SUMOylation. Cependant, l’inhibition de la SUMOylation par les inhibiteurs ML-792 et TAK-781 n’a pas eu d’effet sur la dégradation de ERα par la voie du protéasome dans les cellules ER-positives MCF-7 et T47D. Ces résultats suggèrent que la SUMOylation et l’ubiquitination de ERα ont lieu en parallèle et nécessitent la même conformation de ERα induite par les AE. Enfin, ces deux modifications peuvent être reliées, grâce aux protéines STUbL de manière spécifique des cellules. En résumé, ces projets nous ont permis de mieux comprendre les mécanismes d’action des anti-œstrogènes purs utilisés dans le cancer du sein ER-positif. Nos découvertes pourront contribuer à anticiper des mécanismes possibles de résistance à ces molécules et permettre d’optimiser le développement de nouveaux anti-œstrogènes plus efficaces dans l’induction de la SUMOylation. / More than 70% of mammary tumors are positives for the expression of the estrogen receptor alpha (ERα), a ligand-dependent transcription factor, activated by estrogens. Two types of antiestrogens (AE) are used in the clinic to treat these tumors: the SERMs (Selective Estrogen Receptor Modulators), which are partial agonists, with the tamoxifen, the most common SERM used in first line of treatment. The SERDs (Selective Estrogen Receptor Degraders) are pure antiestrogens that induced ERα degradation. Fulvestrant has been the first SERD used in the clinic, in second line of treatment after relapse or in a metastatic setting. However, fulvestrant is poorly orally bioavailable. ERα is ubiquitinated in the presence of SERDs and this induce its degradation via the proteasome pathway. In our lab, we have showed that ERα is also SUMOylated in the presence of fulvestrant and other pure antiestrogens. This SUMOylation suppresses its transcriptional properties. SUMOylation and ubiquitination are two similar post-translational modifications that consist in the conjugation of a small protein (SUMO1/2/3 or ubiquitin) on residues of a target protein during an enzymatic cascade implicating three enzymes: an E1 activating, an E2 conjugating and an E3 ligase. These processes are reversible thanks to deSUMOylases (SENPs) and deubiquitinases (DUBs). First, we have studied the structural determinants of ERα required for its SUMOylation. Our Western and BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfer) analyses, where we measured the energy transfer between a luminescent donor (ERα or ERβ fused to the luciferase) to a fluorescent acceptor (SUMO1 or SUMO3 fused to the YFP), have showed that ERα is SUMOylated in the presence of fulvestrant but not its paralog ERβ. We have created chimeras by exchanging domains between ERα and ERβ et we have studied the SUMOylation profile of these chimeras with these assays. We showed that the specific sequence to ERα in the H3-H4 helices of the ligand binding domain are necessary and sufficient to induce its SUMOylation in the presence of fulvestrant. In this region, the amino acids that are specifics to ERα are not potential substrates of modification. Moreover, these helices are part of the cofactor binding groove of ERα, suggesting that there is a differential recruitment of the SUMOylation machinery by ERα compared to ERβ in the presence of fulvestrant. We have also showed that the overexpression of the E3 SUMO ligases PIAS1 and PIAS2 can increase the SUMOylation signal. We then studied the parallel between SUMOylation and ubiquitination of ERα induced by AE. We adapted our BRET assays to measure the ubiquitination of ERα, by performing Ubi-BRET assays (ubiquitin fused to the YFP). We observed that SUMOylation and ubiquitination of ERα are affected by the same mutations in the presence of AE, suggesting that there is a crosstalk between these two modification pathways of ERα induced by AE. BRET kinetic assays showed that these modifications happened in parallel and that the use of SUMOylation inhibitors (chemicals ML-792 and TAK-981; or deSUMOylases SENP1/2) abrogated the SUMOylation of ERα. However, the ubiquitination of ERα by different AE is partially decreased when these inhibitors are used. The overexpression of RNF4 and RNF111, which are SUMO-targeted ubiquitin ligases (STUbLs), that will specifically ubiquitinate SUMOylated target proteins, increased the ubiquitination of ERα in the presence of fulvestrant and other SERDs, in a SUMO-dependent manner. However, the inhibition of SUMOylation by ML-792 and TAK-981 inhibitors did not impact the degradation of ERα induced by the proteasome in ER-positive breast cancer cells MCF7 and T47D. These results suggest that SUMOylation and ubiquitination of ERα happened in parallel and required the same conformation of ERα induced by AE. Finally, these two modifications can be linked thanks to STUbLs in a cell-specific manner. These projects led us to better understand the mechanisms of action of pure AE used in the treatment of ER-positive breast cancer. Our findings will contribute to anticipate possible mechanisms of resistance to AE et will help for the optimization and the development of new AE, more efficient in inducing ERα SUMOylation.

La récente remise en question de l'usage de la thérapie hormonale de substitution, dû au risque accru de cancer du sein et de maladie coronarienne, renforce l'intérêt de l'utilisation des modulateurs spécifiques du récepteur des estrogènes (« SERMs »), composés dont l'action antiestrogénique tissu-spécifique peut protéger le sein et l'utérus alors que la composante estrogénique peut prévenir l'ostéoporose. D'autre part, on observe actuellement un intérêt grandissant pour le remplacement des androgènes, suite à l'observation de séquelles physiques et psychologiques imputables au déficit androgénique chez un certain nombre de femmes ménopausées, et de-là pour le remplacement de la DHEA, dont les niveaux très diminués à la ménopause mènent à la réduction des androgènes produits par conversion intracrine périphérique, cette diminution contribuant pour une bonne partie au déficit androgénique de la ménopause. Nos études histomorphologiques et immunohistochimiques examinant les effets de la combinaison d'un SERM à activité antiestrogénique pure, l'Acolbifène, avec l'estradiol, chez un modèle animal de déprivation hormonale complète, soit la rate ovariectomisée, ont confirmé l'efficacité de l'action antiestrogénique au niveau mammaire et utérin, s'ajoutant à l'action combinée bénéfique au niveau de la densité osseuse et du cholestérol et, possiblement, à l'action estrogénique bénéfique de l'estradiol au niveau du cerveau. Avec la même approche, nous avons étudié les effets de l'administration de la DHEA à dose pharmacologique en application topique à long terme sur la peau de la rate OVX au niveau de deux organes affectés en ménopause, soit la peau elle-même et le vagin. Ces travaux ont démontré que la DHEA exerce plusieurs effets bénéfiques, principalement androgéniques, au niveau des différentes couches tissulaires chez les deux organes étudiés. Finalement, par la mise au point d'une formulation permettant d'appliquer la DHEA en intravaginal, nous avons démontré la faisabilité de l'application locale de doses physiologiques de DHEA pouvant renverser l'atrophie vaginale induite par l'ovariectomie chez la rate, et ce, avec peu ou pas d'effets systémiques.