Deregulation of microRNAs (miRNAs) is implicated in tumor progression. We attempt to indentify the tumor suppressive miRNA not only down-regulated in glioblastoma multiforme (GBM) but also potent to inhibit the oncogene EZH2, and then investigate the biological function and pathophysiologic role of the candidate miRNA in GBM. In this study, we show that miRNA-138 is reduced in both GBM clinical specimens and cell lines, and is effective to inhibit EZH2 expression. Moreover, high levels of miR-138 are associated with long overall and progression-free survival of GBM patients from The Cancer Genome Atlas dataset (TCGA) data portal. Ectopic expression of miRNA-138 effectively inhibits GBM cell proliferation in vitro and tumorigenicity in vivo through inducing cell cycles G1/S arrest. Mechanism investigation reveals that miRNA-138 acquires tumor inhibition through directly targeting EZH2, CDK6, E2F2 and E2F3. Moreover, an EZH2-mediated signal loop, EZH2-CDK4/6-pRb-E2F1, is probably involved in GBM tumorigenicity, and this loop can be blocked by miRNA-138. Additionally, miRNA-138 negatively correlates to mRNA levels of EZH2 and CDK6 among GBM clinical samples from both TCGA and our small amount datasets. In conclusion, our data demonstrate a tumor suppressive role of miRNA-138 in GBM tumorigenicity, suggesting a potential application in GBM therapy.

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La sénescence induite par chimiothérapie permet l’arrêt pérenne de la division des cellules tumorales. Néanmoins, ce mécanisme de suppression tumorale peut être neutralisé par certaines cellules traitées, ce qui se traduit généralement par une rechute des patients. Récemment, nous avons décrit dans des cellules colorectales un mécanisme d’échappement à la sénescence induite par le SN-38 dépendant de la protéine de survie MCL1. Cette étude montre que les cellules sénescentes (PLS) favorisent la prolifération des cellules non-sénescentes (PLD) par l’intermédiaire de signaux mitogéniques activant la kinase Cdk4 et par conséquent la reprise de la division. Nous démontrons que Cdk4 inhibe Rb par phosphorylation de la sérine 780, permettant l’activation des fonctions transcriptionnelles des facteurs E2F sur les gènes du cycle cellulaire. La perte d’activité de Cdk4 par ARN interférence ou par le Palbociclib réduit l’émergence de clones proliférants. La méthyltransférase EZH2 est une cible de E2F exclusivement exprimée par les PLD et son expression dépend de l’activité de Cdk4. Par ailleurs, l’utilisation d’ARN interférence dirigé contre EZH2 ou des inhibiteurs chimiques DNZepA et GSK343 réduit également l’émergence de clones proliférants. Enfin, son inhibition potentialise à la fois l’arrêt de la division et la sénescence en réponse au Palbociclib dans les cellules ayant échappé au SN-38. Ainsi, ces travaux ont permis de mettre en évidence un rôle important de EZH2 en tant qu’effecteur de Cdk4 dans le mécanisme d’échappement au SN-38, une voie susceptible d’apporter des nouvelles cibles thérapeutiques dans le traitement du cancer. / Chemotherapy-induced senescence enables to trigger a durable division arrest of tumor cells. However, this tumor suppressor mechanism is neutralized in some treated cells leading mostly to cancer relapse in patients. Recently, we have described a MCL1-dependent mechanism of escape in SN-38-induced senescence from colorectal cell lines. In this study, we showed that senescent cells (PLS cells) promoted the non senescent cells (PLD cells) proliferation through mitogenic signals stimulating Cdk4 kinase activity and subsequently the cell cycle. We demonstrated that Cdk4 phosphorylated Rb on the serine 780 to inhibit its activity, allowing E2F- family transcriptional functions activation on cell cycle targets. Loss of Cdk4 expression or activity induced by RNA interference or Palbociclib reduced the emergence of proliferating clones. TheEZH2-methyltransferase, a E2F transcriptional target, is only expressed by PLD cells and this expression depends on Cdk4 activity. Moreover, loss of EZH2 expression or activity, by RNA interference or by DZNepA and GSK343 inhibitors, reduced the emergence of proliferating cells. Finally, EZH2 inhibition promotes both cell division arrest and senescence in response to Palbociclibin the SN-38-escaped cells. To conclude, this study enabled to highlight a major role of EZH2 as effector of Cdk4 in the escape mechanism induced by SN-38 a signaling pathway offering newtargeted cancer therapies.

Les tumeurs cortico-surrénaliennes bénignes et malignes sont associées à une morbidité élevée résultant de l’hypersécrétion des hormones cortico-surrénaliennes, retrouvée chez près de 60% des patients. Au delà des perturbations endocrines, les carcinomes cortico-surrénaliens (CCS) sont des tumeurs de mauvais pronostic avec 16 à 38% de survie à 5 ans. Cette agressivité résulte à la fois de la présence de métastases chez de nombreux patients, au moment du diagnostic (30 à 40% des cas) et de l’absence d’approches thérapeutiques, au delà de la résection chirurgicale de la tumeur primaire. Au début de ma thèse, les mécanismes moléculaires impliqués dans le développement des tumeurs bénignes et malignes de la cortico-surrénale, étaient largement méconnus. L’activation anormale de la voie de signalisation Wnt/ßcaténine dans 48% des tumeurs bénignes et 37% des tumeurs malignes, suggérait que cette voie pouvait, comme dans d’autres tissus, participer au développement tumoral dans la cortico-surrénale. Afin de confirmer cette hypothèse, nous avons développé et caractérisé un modèle de souris transgéniques dans lesquelles la ßcaténine est constitutivement activée, spécifiquement dans le cortex surrénalien (souris ∆Cat). Grâce à ces souris, nous avons démontré pour la première fois que la ßcaténine agit comme un oncogène dans la cortico-surrénale, mais que son activation constitutive ne suffit pas à déclencher systématiquement le développement de tumeurs malignes. Chez plus de 90% des patients, la formation des CCS est associée à la surexpression du facteur de croissance IGF2. Grâce à des modèles de souris transgéniques qui surexpriment Igf2, nous avons pu montrer que cette surexpression n’a que peu d’effet sur l’initiation ou la progression tumorale, suggérant que d’autres altérations sont requises pour favoriser la transition maligne. Des résultats préliminaires encourageants suggèrent que la surexpression de l’histone méthyl-transférase EZH2 et les altérations épigénétiques résultantes, pourraient être la clé du développement des CCS. Parallèlement, nous avons montré que l’activation constitutive de la ßcaténine conduit au développement d’un hyperaldostéronisme primaire chez les souris ∆Cat, suggérant que l’activation de la voie Wnt/ßcaténine pourrait participer à la formation d’adénomes surrénaliens producteurs d’aldostérone (APA) chez les patients. Effectivement, nous avons mis en évidence que l’activation constitutive de la ßcaténine est l’altération moléculaire la plus fréquente dans les APA, avec une prévalence de 68%. Des analyses in vitro m’ont permis de montrer que la ßcaténine stimule la production d’aldostérone en contrôlant directement et indirectement l’expression de deux enzymes clés de la synthèse d’aldostérone – CYP21 et CYP11B2 – et du récepteur à l’angiotensine II (le sécrétagogue naturel de l’aldostérone), AT1R. Nous avons par ailleurs montré que la production excessive d’aldostérone chez les souris ∆Cat, pouvait être maîtrisée par un régime enrichi en quercétine, un inhibiteur naturel de l’activité transcriptionnelle de la ßcaténine. L’ensemble de ces résultats démontre l’importance de la voie Wnt/ßcaténine dans la tumorigenèse surrénalienne et dans l’hypersécrétion d’aldostérone ce qui fait d’elle une nouvelle cible thérapeutique potentielle. / Benign and malignant adrenocortical tumours are associated with a high morbidity caused by the hypersecretion of adrenocortical hormones found in approximately 60% of patients. Moreover, adrenocortical carcinomas (ACC) have poor prognosis with a 5 years survival rate of 16 to 38%. This aggressiveness results from both the presence of metastases at diagnosis in most patients (30 to 40% of cases) and the absence of therapeutic approaches apart from surgical resection of primary tumours. At the start of my thesis, the molecular mechanisms involved in the development of benign and malignant adrenocortical tumours were largely unknown. Abnormal activation of the Wnt/ßcatenin pathway found in 48% of benign tumours and 37% of malignant tumours suggests that as in other tissues, this pathway could participate in tumour development in the adrenal cortex. To confirm this hypothesis, we developed and characterized a transgenic mouse model with constitutive activation of ßcatenin, specifically in the adrenal cortex (∆Cat mice). With this model, we demonstrated for the first time that ßcatenin acted as an adrenocortical oncogene but that this activation was insufficient to systematically induce the development of adrenocortical carcinomas. In almost 90% of patients, CCS formation is associated with the overexpression of the growth factor IGF2. However, the development of a model of Igf2 overexpression in transgenic mice, allowed us to demonstrate that this overexpression could not initiate tumour formation and that it had a mild effect on tumour progression. This suggested that other alterations were necessary for malignant progression. Our encouraging preliminary results suggest that upregulation of the histone methyltransferase EZH2 and the resulting epigenetic defects could be the cause of ACC development. In parallel, we demonstrated that constitutive ßcatenin activation induced primary hyperaldosteronism development in ∆Cat mice suggesting that aberrant activation of the Wnt pathway could be involved in formation of aldosterone-producing adenomas (APA) in patients. Indeed, we showed that constitutive activation of ßcatenin was the most frequent molecular alteration in APA with a prevalence of 68%. In vitro analysis allowed us to demonstrate that ßcatenin stimulates aldosterone production by controlling directly and indirectly the expression of two key enzymes of aldosterone synthesis –CYP21 and CYP11B2- and of the angiotensin II receptor, AT1R. Furthermore, we showed that excessive aldosterone production in ∆Cat mice could be controlled by a diet enriched in quercetin, a natural inhibitor of the transcriptional activity of ßcatenin. Altogether these results demonstrate the essential role of the Wnt/ßcatenin pathway in adrenocortical tumorigenesis and aldosterone secretion. Consequently, this pathway could be a new potential therapeutic target for the treatment of most adrenal tumours.

Les infections virales sont responsables de 15 à 20 % des cancers humains. L étude des mécanismes moléculaires avec lesquels les virus oncogènes induisent la transformation cellulaire est essentielle pour la compréhension des cancers qui en résultent. Cela permettra également la découverte de nouveaux mécanismes pouvant être impliqués dans le développement de cancers, qui peuvent être ciblés par des approches thérapeutiques. Les virus du papillome humain (HPV) sont des petit virus à ADN qui futs isolés de la peau de patients souffrants de Epidermodysplasia Verruciformis (EV) qui cause un risque élevé d'infection par les HPV et le développement de cancer de la peau non mélanique (NMSC). Certains HPV cutanés, tels que HPV5, 8 et 38, sont suspectés de jouer un rôle dans de développement du cancer de la peau. Cependant, le lien direct entre les HPV cutanés et l'étiologie du cancer n'est pas encore clairement établi. Des études de notre laboratoire ont montré que les oncoprotéines HPV38 E6 et E7 sont capables d'immortaliser des kératinocytes primaires humains in vitro et in vivo. Pour immortaliser des cellules, d'importantes voies de signalisations, telles que les voies de p53 et celle de NF-KB, doivent être affectées. Dans cette étude, nous avons cherché à mettre en évidence les mécanismes moléculaires menant à la dérégulation de p53 et de NF-KB par E6 et E7 de HPV38, dans des kératinocytes humains. Nous avons montré que HPV38 E6 et E7 induisent la formation d'un complexe protéique incluant IKKβ, ΔNp73α, EZH2 et DNMT1. La formation de ce groupement protéique corrèle avec l'inhibition de la transcription de certains gènes cibles de p53, tel que PIG3. Nous avons également mis en évidence l'activation de la voie NF-KB par les oncoprotéins E6 et E7 de HPV38. Cette activation est importante par le rôle joué par NF-KB dans la protection des cellules de l apoptose induite par TNF-α et par l'exposition aux rayonnements UVB. De plus nous avons observé que E7 est la principale oncoprotéine de HPV38 responsable de la dérégulation des voies p53 et NF-KB. Nos études mettent en évidence de nouveaux mécanismes moléculaires qui peuvent être essentiels dans le processus de transformation cellulaire par HPV38 / Viral infections contribute to 15–20% of all human cancers. Studying the mechanisms employed by the oncogenic viruses to induce cellular transformation is essential for a better understanding of the resulting cancers and the discovery of new mechanisms involved in cancer development which can be targeted in therapeutic approaches. Human papillomaviruses (HPVs) are small dsDNA viruses which have been clearly associated with certain cancers. They were first isolated from the skin of patients suffering from Epidermodysplasia Verruciformis (EV) having an increased susceptibility to infection by specific HPV types and to the development of non-melanoma skin cancer (NMSC). Certain cutaneous HPV types, such as 5, 8, and 38, are suspected to play a role in skin cancer development. However the direct role of cutaneous HPV in the etiology of cancer is still under debate. Previous studies from our laboratory have reported that HPV38 E6 and E7 proteins are able to immortalize human primary keratinocytes in vitro and in vivo. Cellular immortalization can be achieved through the deregulation of important signaling pathways including p53 and NF-KB. In the present work, we have investigated the molecular mechanisms of p53 and NF-KB pathways deregulation by E6 and E7 oncoproteins from HPV38 in human keratinocytes. We show here that HPV38 E6E7 induce the formation of a transcription repressor complex including IKKβ, ΔNp73α, and polycomb group members EZH2 and DNMT1. The formation of this protein complex correlates with the inhibition of several p53-target genes, such as PIG3. We also report in these studies that HPV38 E6E7 activate NF KB pathway, which plays an important role in the survival of HPV38 E6E7-immortalized human keratinocytes upon TNF-α– and UVB-mediated apoptosis. In addition our data highlight E7 being the main HPV38 protein mediating p53 and NF-KB deregulation. Our studies shed light on novel molecular mechanisms that could be important for HPV38-mediated cellular transformation

Les surrénales sont des glandes endocrines permettant la réponse au stress de l’organisme. Alors que la medulla produit des catécholamines, la corticosurrénale sécrète des minéralocorticoïdes au niveau de la zone glomérulée, et des glucocorticoïdes grâce aux cellules de la zone fasciculée. Ces hormones sont notamment impliquées dans l’homéostasie hydrominérale, la réponse immunitaire et la maturation pulmonaire au cours de la vie fœtale. Les insuffisances surrénaliennes peuvent donc être très délétère en absence de traitement. Pour maintenir l’intégrité tissulaire au cours de la vie et pour mieux répondre aux variations des besoins de l’organisme, le cortex surrénalien est en renouvellement cellulaire constant. Des expériences de lignage ont mis en évidence que ce renouvellement repose sur le recrutement de cellules progénitrices capsulaires et situées dans la partie externe du cortex. Lorsqu’ils sont mobilisés, ces progéniteurs se différencient en cellules de la zone glomérulée, qui vont alors migrer de façon centripète le long du cortex et se différencier en cellules de la zone fasciculée après une conversion de lignage, au cours de leur migration. Cette conversion de lignage est orchestrée via un équilibre entre l’activation des voies Wnt/β-caténine, imposant une identité glomérulée, et PKA, permettant une différenciation fasciculée. Les facteurs épigénétiques jouent de nombreux rôles essentiels, du développement embryonnaire jusqu’à la tumorigenèse, en passant par l’homéostasie des tissus. Nous avons montré que la méthyltransférase EZH2 était le facteur épigénétique le plus surexprimé dans les carcinomes corticosurrénaliens et que cette surexpression était associée à l’agressivité de ces cancers. EZH2 est la sous-unité catalytique du complexe multi-protéique PRC2 qui permet, entre autres, la répression de la transcription de ses gènes cibles en posant la marque H3K27me3. L’objectif de ma thèse a été d’identifier les potentiels rôles physiologiques de EZH2 dans la surrénale, qui n’avaient jusque là, jamais été recherchés.En développant un modèle murin d’invalidation génétique de Ezh2 dans le cortex surrénalien, dès l’émergence de l’ébauche surrénalienne au cours du développement embryonnaire, nous avons pu mettre en évidence une hypoplasie corticosurrénalienne, résultant d’une forte atrophie de la zone fasciculée, et associé à une insuffisance primaire en glucocorticoïdes. Nos analyses nous ont permis de démontrer le rôle original et inattendu de Ezh2 dans le contrôle de la voie de signalisation PKA, en réprimant l’expression d’inhibiteurs de cette voie comme les phosphodiestérases (PDE) et la sous-unité régulatrice Prkar1b. EZH2 régule ainsi la zonation fonctionnelle du cortex surrénalien via son activité histone méthyltransférase. A l’inverse, on n’observe pas d’altération marquée de la voie Wnt/β-caténine, suggérant que Ezh2 n’est pas essentiel au contrôle de cette voie dans la surrénale. Nous avons également pu mettre en évidence une dédifférenciation de cellules corticales qui retrouvent, suite à la perte de Ezh2, une identité progénitrice en exprimant des marqueurs adréno-gonadique tels que Gata4 et Wt1. Cette dédifférenciation est un phénomène naturel que l’on retrouve avec le vieillissement et qui pourrait être associée avec la diminution progressive de l’expression de Ezh2 dans les cellules stéroïdogènes. L’ensemble de ces résultats, met en évidence une nouvelle fonction de Ezh2 dans le contrôle de la voie de signalisation PKA et de l’homéostasie de la glande surrénale. / Adrenals are endocrine glands allowing the stress response of the organism. While the medulla produces catecholamines, the adrenal cortex secretes mineralocorticoids in the glomerular zone, and glucocorticoids through cells in the fasciculated zone. These hormones are notably involved in hydromineral homeostasis, the immune response and pulmonary maturation during fetal life. Adrenal insufficiency can therefore be very deleterious in the absence of treatment. To maintain tissue integrity over the course of life and to better respond to the changing needs of the body, the adrenal cortex is in constant cell renewal. Lineage experiments have shown that this renewal is based on the recruitment of capsular progenitor cells and progenitors located in the outer part of the cortex. When mobilized, these progenitors differentiate into cells of the glomerular zone, which then migrate centripetally along the cortex and differentiate into cells of the fasciculated zone after lineage conversion, during their migration. This lineage conversion is orchestrated via a balance between the activation of the Wnt/β-catenin pathway, imposing a glomerular identity, and PKA pathway, allowing fasciculated differentiation. Epigenetic factors play many important roles, from embryonic development to tumorigenesis, passing by tissue homeostasis. We have shown that methyltransferase EZH2 is the most overexpressed epigenetic factor in adrenocortical carcinomas and this overexpression is associated with cancer agressivity. EZH2 is the catalytic subunit of the multiprotein complex PRC2 that allow, among others things, the repression of the transcription of its target genes by posing the mark H3K27me3. The aim of my thesis was to indentify the putative physiological roles of EZH2 in the adrenal, never investigated yet.By developing a murine model of genetic invalidation of Ezh2 in the adrenal cortex, from the emergence of the adrenal anlagen during embryonic development, we have been able to demonstrate adrenocortical hypoplasia, resulting from a strong atrophy of the zona fasciculata, and associated with primary glucocorticoid insufficiency. Our analyses allowed us to demonstate the original and unexpected role of EZH2 in the controle of the PKA pathway, by repressing expression of this pathway inhibitors such as phosphodiesterases (PDE) and regulatory subunit Prkar1b. EZH2 thus regulate functionel zonation of adrenal cortex via its histone methyltransferase activity. On the contrary, we don’t observe marked alteration of the Wnt/β-catenin pathway, suggesting EZH2 is not essential for the control of this pathway in the adrenal. We could also show a dedifferenciation of cortical cells which, after the loss of Ezh2, exhibit progenitors identity by expressing adreno-gonadal marks as Gata4 and Wt1. This dedifferenciation is a natural phenomenon that appear with ageing and could be associated with processive decrease of Ezh2 expression in steroidogenic cells. All of these results, highlights a new function of Ezh2 in the control of the PKA signaling pathway and in the homeostasis of the adrenal gland.

Les cortico-surrénalomes (CCS) sont considérés comme des tumeurs malignes endocriniennes rares, associées à un pronostic sombre. Les trois mécanismes moléculaires les plus fréquemment altérés dans les CCS comprennent les mutations inactivatrices du gène suppresseur de tumeur TP53,la surexpression de IGF-II et l'activation constitutive de la voie de signalisation Wnt/β-caténine. En utilisant des modèles de souris transgéniques, nous avons montré que ces altérations, même combinées, ne sont pas suffisantes pour permettre la progression maligne.Nous avons précédemment identifié l'histone méthyltransférase EZH2 comme le modificateur d'histone le plus dérégulé dans les CCS. Nous avons également montré que sa surexpression est associée à une progression tumorale et à un mauvais pronostic. Cependant, les mécanismes sous-jacents de cette agressivité sont largement inconnus. Dans cette étude, nous avons cherché à identifier les gènes cibles de EZH2 dans les CCS, qui sont soient activés, soient réprimés. Ainsi, nous avons effectué une analyse bio-informatique des données du transcriptome de trois cohortes de patients porteurs de CCS. L’analyse montre une forte corrélation entre la surexpression de EZH2 et les gènes régulés positivement, suggérant un rôle majeur d’inducteur transcriptionnel de EZH2 dans les CCS. Nous avons montré que cette activité positive repose sur une interaction entre EZH2 et E2F1, qui entraîne la surexpression de gènes impliqués dans la régulation du cycle cellulaire et la mitose tels que RRM2,PTTG1 et PRC1/ASE1. Nous avons montré que l'inhibition de RRM2 par ARN interférent ou traitement pharmacologique avec le GW8510 inhibe la croissance cellulaire, la capacité à combler les blessures, la croissance clonogénique, la migration et induit l'apoptose des cellules H295R en culture. En revanche, l'expression du facteur pro-apoptotique NOV/CCN3 est diminuée dans les CCS, ce qui est corrélé au développement de tumeurs agressives. Nos analyses moléculaires montrent que l'inhibition de EZH2 augmente l'expression de NOV/CCN3, suggérant que la surexpression de EZH2 pourrait favoriser la progression maligne des CCS en inhibant les stimulateurs de l'apoptose. Le facteur NOV a déjà été identifié comme cible négative du récepteur nucléaire SF1 dans les cellules du CCS, bien que les mécanismes moléculaires à l'origine de cette inhibition n'aient pas été identifiés. De manière intéressante, dans le cancer de la prostate, l'expression de NOV est inhibée par le récepteur des androgènes AR, grâce au recrutement de EZH2 qui pose la marque répressive H3K27me3. Nous avons pu identifier une coopération similaire entre SF1 et EZH2 pour réprimer l'expression de NOV et bloquer ainsi l'apoptose dans les CCS.Au total, ces résultats identifient SF1 et E2F1 comme deux partenaires indépendants de EZH2, induisant la répression de facteurs pro-apoptotiques et l'activation des gènes du cycle cellulaire respectivement, conduisant ainsi à l'agressivité des CCS. / Adrenocortical carcinomas (ACC) are regarded as rare endocrinemalignancies associated with dismal prognosis. The three common molecularmechanisms predominantly altered in ACC include inactivating mutations of theTP53 tumor suppressor gene, overexpression of IGF-II and constitutive activationof the Wnt/β-catenin signaling pathway. Using transgenic mouse models, wehave shown that these alterations, even when combined together, were notsufficient to induce malignant progression.We previously identified the histone methyltransferase EZH2 as the mostderegulated histone modifier in ACC. We have also shown that its overexpressionis associated with tumor progression and poor prognosis. Yet, the mechanismsunderlying this aggressiveness are largely unknown. Here, we aimed to identifyEZH2 target genes in ACC, which are either activated or repressed.Thus, we conducted a bio-informatics analysis of transcriptome data fromthree cohorts of ACC patients. The analysis showed a strong correlation betweenhighly expressed EZH2 and positively regulated genes suggesting a major role of‘transcriptional inducer‘ for EZH2 in ACC. We have shown that this positiveactivity relies on an interaction between EZH2 and E2F1 that results in theupregulation of genes implicated in cell cycle regulation and mitosis such asRRM2, PTTG1 and PRC1/ASE1. We showed that Inhibition of RRM2 by RNAinterference or pharmacological treatment with GW8510 inhibits cellular growth,wound healing, clonogenic growth, migration and induces apoptosis of H295Rcells in culture.In contrast, expression of the pro-apoptotic factor NOV/CCN3 is decreasedin ACC, which is correlated with development of aggressive tumours. Ourmolecular analyses show that EZH2 inhibition increases expression ofNOV/CCN3, suggesting that EZH2 overexpression may also favour malignantprogression in ACC by inhibition of apoptosis stimulators. NOV has previouslybeen identified as a negative target of the nuclear receptor SF1 in ACC cells,although the molecular mechanisms underlying this inhibition were unidentified.Interestingly, in prostate cancer, NOV expression is inhibited by the androgenreceptor, through recruitment of EZH2 and deposition of the H3K27me3 mark.We have been able to identify a similar cooperation between SF1 and EZH2 tosuppress NOV expression and block apoptosis in ACC.Altogether, these findings identifiy SF1 and E2F1 as two independentpartners of EZH2, inducing repression of proapoptotic factors, and activation ofcell cycle genes respectively, thus leading to aggressiveness of ACC.

Multiple myeloma (MM) is a hematological malignancy of antibody producing plasmablasts/plasma cells. MM is characterized by extensive genetic and clonal heterogeneity, which have hampered the attempts to identify a common underlying mechanism for disease establishment and development of appropriate treatment regimes. This thesis is focused on understanding the role of epigenetic regulation of gene expression mediated by the polycomb repressive complexes 1 and 2 (PRC1 and 2) in MM and their impact on disease biology and therapy. In paper I the genome-wide distribution of two histone methylation marks; H3K27me3 and H3K4me3 were studied in plasma cells isolated from newly diagnosed MM patients or age-matched normal donors. We were able to define targets of H3K27me3, H3K4me3 and bivalent (carry both marks) which are, when compared to normal individuals, unique to MM patients. The presence of H3K27me3 correlated with silencing of MM unique H3K27me3 targets in MM patients at advanced stages of the disease. Notably, the expression pattern of H3K27me3-marked genes correlated with poor patient survival. We also showed that inhibition of the PRC2 enzymatic subunit EZH2 using highly selective inhibitors (GSK343 and UNC1999) demonstrated anti-myeloma activity using relevant in vitro models of MM. These data suggest an important role for gene repression mediated by PRC2 in MM, and highlights the PRC2 component EZH2 as a potential therapeutic target in MM. In paper II we further explored the therapeutic potential of UNC1999, a highly selective inhibitor of EZH2 in MM. We showed that EZH2 inhibition by UNC1999 downregulated important MM oncogenes; IRF-4, XBP-1, BLIMP-1and c-MYC. These oncogenes have been previously shown to be crucial for disease establishment, growth and progression. We found that EZH2 inhibition reactivated the expression of microRNAs genes previously found to be underexpressed in MM and which possess potential tumor suppressor functions. Among the reactivated microRNAs we identified miR-125a-3p and miR-320c as predicted negative regulators of the MM-associated oncogenes. Notably, we defined miR-125a-3p and miR-320c as targets of EZH2 and H3K27me3 in MM cell lines and patients samples.  These findings described for the first time PRC2/EZH2/H3K27me3 as regulators of microRNA with tumor suppressor functions in MM. This further strengthens the oncogenic features of EZH2 and its potential as a therapeutic target in MM. In paper III we evaluated the therapeutic potential of targeting PRC1 in MM using the recently developed chemical PTC-209; an inhibitor targeting the BMI-1 subunit of PRC1. Using MM cell lines and primary cells isolated from newly diagnosed or relapsed MM patients, we found that PTC-209 has a potent anti-MM activity. We showed, for the first time in MM, that PTC-209 anti-MM effects were mediated by on-target effects i.e. downregulation of BMI-1 protein and the associated repressive histone mark H2AK119ub, but that other subunits of the PRC1 complex were not affected. We showed that PTC-209 reduced MM cell viability via significant induction of apoptosis. More importantly, we demonstrated that PTC-209 shows synergistic anti-MM activity with other epigenetic inhibitors targeting EZH2 (UNC1999) and BET-bromodomains (JQ1). This work highlights the potential use of BMI-1 and PRC1 as potential therapeutic targets in MM alone or in combination with other anti-MM agents including epigenetic inhibitors.

MicroRNAs (miRNAs) are a group of small, noncoding RNAs that modulate the translation of genes into proteins by binding to specific target sites in messenger RNAs. This study investigated the biological function and molecular mechanism of microRNA-21 (miR-21) in human cholangiocarcinoma. In situ hybridization analysis of human cholangiocarcinoma tissues showed increased miR-21 in cholangiocarcinoma cells compared to the noncancerous biliary epithelial cells. Forced overexpression of miR-21 by lentivirus transduction enhanced human cholangiocarcinoma cell growth and clonogenic efficiency in vitro, whereas inhibition of miR-21 decreased these parameters. MiR-21 overexpression also promoted cholangiocarcinoma growth in a tumor xenograft model. The NAD+-linked 15-hydroxyprostaglandin dehydrogenase (15-PGDH), a key enzyme that converts the pro-tumorigenic prostaglandin E2 (PGE2) to biologically inactive metabolite, was identified as a direct target of miR-21 in cholangiocarcinoma cells. In parallel, cyclooxygenase-2 (COX-2) overexpression and PGE2 treatment increased miR-21 expression and enhanced miR-21 promoter reporter activity in human cholangiocarcinoma cells. Our results disclose a novel cross-talk between COX-2/PGE2 and miR-21 signaling pathways that converges at 15-PGDH which is crucial in cholangiocarcinogenesis and tumor progression. The enhancer of zeste homolog 2 (EZH2) is the catalytic subunit in the PRC2 complex catalyzing the trimethylation of histone3 lysine27 (H3K27) and mediates gene silencing of the target genes. The biological function of EZH2 in cholangiocarcinoma was investigated in this study. Immunohistochemistry staining of EZH2 on human cholangiocarcinoma tissues showed increased EZH2 expression in cholangiocarcinoma cells. Pharmacologically inhibition of EZH2 by EZH2 inhibitors decreased cholangiocarcinoma growth and induced G1 arrest. The CD133, one of the putative cancer stem cell markers, was found to express in the cholangiocarcinoma cell lines we used. Inhibition of EZH2 decreased CD133+ population and the sphere forming ability of cancer cells. Our results indicate that EZH2 may represent a promising target for targeting the tumor-initiating cell population and future cholangiocarcinoma therapy. / acase@tulane.edu

Our lab has recently found that E2F3, an essential cell cycle regulator, regulates the self-renewal capacity of neural precursor cells (NPCs) in the developing mouse brain. Chromatin immunoprecipitation (ChIP) and immunoblotting techniques revealed several E2F3 target genes, including the polycomb group (PcG) protein, EZH2. Further ChIP and immunoblotting techniques identified the neural stem cell self-renewal regulators p16INK4a and Sox2 as shared gene targets of E2F3 and PcG proteins, indicating that E2F3 and PcG proteins may co-regulate these target genes. E2f3-/- NPCs demonstrated dysregulated expression of EZH2, p16INK4a, and SOX2 and decreased enrichment of PcG proteins at target genes. Restoring EZH2 expression to E2f3+/+ levels restores p16INK4a and SOX2 expression levels to near E2f3+/+ levels, and also partially rescues NPC self-renewal capacity toward E2f3+/+ levels. Taken together, these results suggest that E2F3 controls NPC self-renewal by modulating expression of p16INK4a and SOX2 via regulation of PcG expression, and potentially PcG recruitment.