The biological activities of retinoic acid (RA) and its synthetic analogues are mediated through nuclear receptors, termed retinoic acid receptors (RARs) and retinoid X receptors (RXRs). The transcriptional activity of RAR on target gene expression is achieved by its AF-1 domain and AF-2 domain. The function of AF-2 is known to be mediated by a number of coregulatory proteins. However the mechanism of AF-1 function is not well studied. We have hypothesized that the AF-1 function of RAR is regulated by specific interacting proteins. HACE1 was identified as an AF-1 domain interacting protein in a yeast two-hybrid screen. HACE1 interacts with RAR&beta<sub>3 / Microbiology and Immunology

La GTPase Rac1 est une protéine de signalisation intracellulaire qui joue notamment un rôle clé dans la prolifération cellulaire. Notre laboratoire a montré que la toxine CNF1, produite par les Escherichia coli pathogènes, catalyse l’activation de Rac1. Nous avons également identifié le rôle de la E3 ubiquitine-ligase HACE1, un suppresseur de tumeur avéré, dans la régulation par ubiquitylation de Rac1 actif. S’il est prouvé que la forme activée de Rac1 est une cible d’HACE1, le mode d’interaction de ces deux protéines reste à définir ainsi que le rôle de ces interactions dans l’infection et le cancer. L’objectif de mon travail a été de caractériser les interactions moléculaires entre HACE1 et Rac1. Nous avons testé l’hypothèse que des mutations ponctuelles d’HACE1 identifiées dans les cancers pourraient interférer avec son interaction avec Rac1 et sa capacité de contrôle de la croissance cellulaire. J’ai ainsi pu mettre en évidence que 13 mutations somatiques d’HACE1 issues de tumeurs séquencées altèrent sa fonction de contrôle de la croissance cellulaire. De plus, l’étude de ces mutations nous a permis d’identifier un groupe d’acides aminés, situés sur les ankyrin-repeats 5 à 7 d’HACE1, qui contrôle l’interaction d’HACE1 avec Rac1 et de ce fait son ubiquitylation. Enfin dans cette étude nous précisons le rôle du domaine intermédiaire d’HACE1 (MID) dans la spécificité d’interaction de la ligase avec la forme active de Rac1. In fine, la caractérisation de mutants d’interaction entre HACE1 et Rac1 ainsi que l’effet de la toxine CNF1 sur cet axe de signalisation doit nous renseigner sur l’importance de cette voie de régulation dans le cancer et l’infection. / The small GTPase Rac1 plays a key role in various intracellular signaling pathways including cell proliferation. Our laboratory has shown that the CNF1 toxin, produced by pathogenic Escherichia coli, catalyzes the activation of Rac1. We also identified the role of the E3 ubiquitin-ligase HACE1, a tumor suppressor, in the regulation by ubiquitylation of active Rac1. If the activated form of Rac1 is proved to be a target of HACE1, the mode of interaction between these two proteins remains to be define as well as the role of these interactions in infection and cancer. The aim of my work was to characterize the molecular interactions between HACE1 and Rac1. We tested the hypothesis that HACE1 point mutations identified in cancers could interfere with its interaction with Rac1 and its ability to control cell growth. We showed that 13 cancer-associated somatic mutations of HACE1, led to a defective control of cell proliferation. Moreover, the study of these mutations allowed us to identify a group of amino acids, located on the ankyrin-repeats 5 to 7 of HACE1, which controls the interaction of HACE1 with Rac1 and thus its ubiquitylation. We also identified a role for the intermediate domain of HACE1 (MID) in conferring the specificity of association of HACE1 to the active form of Rac1. Ultimately, the characterization of interaction mutants between HACE1 and Rac1 as well as the effect of the CNF1 toxin on this signaling axis will give us more insight on this regulatory pathway in cancer and infection.

HACE1 est une E3 ubiquitine ligase qui contrôle notamment l’activité de la petite GTPase Rac1 en catalysant son ubiquitination dégradative. Rac1 contrôle de nombreux processus cellulaires tels que l’adhérence, la migration et la prolifération. Aussi, la perte d’expression d’HACE1 dues à des altérations génétiques ou épigénétiques est associée à des pathologies humaines tels que le cancer, des syndromes neurodégénératifs et des maladies développementales. Pourtant, malgré l’importance de HACE1 en physiopathologie, rien n’est connu sur la régulation post-traductionnelle de son activité. Au cours de ce travail, nous avons montré que la serine 385 de HACE1 est phosphorylée par les kinases PAKs de groupe I en réponse à l’activation de Rac1 et de Cdc42. Nous montrons que le mutant phospho-mimetic HACE1(S385E) présente une activité réduite d’ubiquitination de Rac1. De plus, nous mettons en évidence un rôle centrale de la régulation de la Ser-385 par phosphorylation dans l’oligomérisation de HACE1, définissant ainsi les bases moléculaires de la relation entre structure et fonction de HACE1. En parallèle, nous avons déterminé que la perte d’expression d’HACE1 altère la cohésion des jonctions entre cellules épithéliales. Cet effet de dissociation s’apparente à une transition épithelio-mésenchymateuse (EMT) caractérisée par un échange d’expression de la E-cadhérine par la N-cadhérine régulé au niveau transcriptionnel. L’ensemble de ce travail a donc permis de mettre en évidence un mode inédit de régulation par phosphorylation de l’activité de HACE1 contrôlée par les kinases PAK du groupe I, ainsi qu’un rôle majeur de HACE1 dans la régulation de la cohésion cellulaire et l’EMT. / The E3 ubiquitin ligase HACE1 is a key regulator of cellular homeostasis best-characterized for its ability to control the activity of the Rho GTPase Rac1. This GTPase is encoded by an essential gene whose product controls a wide array of cellular processes such as cell adhesion, migration and proliferation. Accordingly, the repression of HACE1 expression due to genetic and epigenetic alterations has been associated with numerous pathologies, including cancer, neurodegenerative and developmental diseases. However, nothing is known about the posttranslational regulation of HACE1 activity. Here, we unveiled that HACE1 gets phosphorylated at serine Ser-385 by Group-I Pak kinases in response to Rac1/Cdc42 activation. Mechanistically, we define that the phospho-mimetic mutant HACE1(S385E) displays a lower capacity to ubiquitinate Rac1 in cells. In addition, our work attributes to the phosphorylation of Ser-385 a pivotal role in the state of HACE1 oligomerization, which sets the basis for deciphering the relationship between HACE1 structure and activity. In parallel, we have found that the loss of HACE1 expression leads to the disruption of epithelial monolayer cohesion characterized by disrupted of cell-cell junctions. Accordingly, we determined that loss of HACE1 results in the acquisition of epithelial-mesenchymal transition (EMT) features, including a transcriptionally regulated switch of expression between E-cadherin and N-cadherin. Altogether, this work reveals a phospho-mediated regulation of HACE1 activity that is under the control of Group I PAKs and implicates HACE1 in the balance between epithelium integrity versus EMT.

All-trans retinoic acid (RA), as a ligand for retinoic acid receptors (RAR) and retinoid X receptors (RXR), modulates their transcriptional activity. The AF-1 and AF-2 domains mediate the transcriptional activity. The ligand dependent activation of the AF-2 domain by RA is well understood to involve chromosome decompaction in the presence of ligand with the aid of coactivators. The mechanism of the ligand independent action of the AF-1 domain is less clear. The AF-1 domain of RARs may be regulated by interacting proteins such as HACE1. In vitro and in vivo studies in our lab have shown that HACE1 interacts with RARα1, - β1, -β2, -β3, and -γ1 at the variable AF-1 domain. Transactivation studies have shown that HACE1 represses RA dependent transcriptional activity of RARγ1, but not RARβ3 and RARα1. Our original hypothesis proposed that HACE1 represses RAR transcriptional activity by inhibiting RA-dependent degradation of RARs. Current data confirms previous observations that the half life of RARβ3 is shortened in the presence of RA, compared to a vehicle control. Protein stability assays show that HACE1 does not have an effect on degradation of RARβ3 and RARγ1; however, it increases the ligand independent degradation of RARα1.This data suggests the A/B domain of RARγ1 recruits HACE1 for binding which results in transcriptional repression. Also, in a separate mechanism, the A/B domain of RARα1 binds to HACE1 which then accelerates its degradation in a ligand independent manner. The mechanisms behind these novel roles of HACE1 will need to be studied further and may help in understanding the method of AF-1 transcactivation function. / Microbiology and Immunology

Plusieurs lymphomes à cellules B présentent des anomalies génétiques qui sont importantes pour déterminer leurs caractéristiques biologiques et peuvent être utiles pour le diagnostic. Les types les plus courants sont le lymphome folliculaire et le lymphome diffus à grandes cellules B (LDGCB), qui représentent à eux deux plus de 60 % de tous les lymphomes. Les LDGCB sont agressifs mais peuvent être traités par chimiothérapie à agents multiples. Cependant, les gènes suppresseurs de tumeur (GST) potentiellement responsables de la lymphomagenèse ne sont pas tous connus. Le rationnel de ce projet reposait sur des données non publiées du projet translationnel GHEDI (déchiffrer l'hétérogénéité génétique du lymphome diffus à grandes cellules B à l'ère du rituximab). Une hybridation génomique comparative (CGH) (puce Agilent 180 K) a été réalisée sur une série de 202 LDGCB de la série GHEDI et 40 % des délétions de la région 6q21 ont été identifiées, dont la région minimale commune délétée qui contient le gène HACE1. Par ailleurs, l'analyse transcriptomique a montré une corrélation significative entre le nombre de copies du gène et le niveau d'expression. Le gène HACE1, situé sur le chromosome 6q, code pour une ubiquitine ligase E3 et est régulé négativement chez l'homme dans les tumeurs, y compris les neuroblastomes et les lymphomes à cellules tueuses naturelles (NK). Il a été montré que le gène HACE1 ubiquityle Rac1, une protéine impliquée dans la prolifération cellulaire et la progression G2/M du cycle cellulaire. La fonction du gène HACE1 et les facteurs impliqués dans sa régulation transcriptionnelle sont en grande partie inconnus dans le contexte des lymphomes à cellules B. Dans cette étude, nous avons examiné si le gène HACE1 était un gène candidat dans la région génomique 6q impliqué dans la lymphomagenèse des LDGCB et plus largement dans les lymphomes B. Nous avons déterminé la fréquence de l'inactivation du gène HACE1 dans le lymphome à cellules B et analysé les mécanismes impliqués dans son extinction. / Several B-cell lymphomas have characteristic genetic abnormalities that are important in determining their biologic features and can be useful in differential diagnosis. Historically, classical Hodgkin lymphomas have been distinguished from non-Hodgkin lymphomas (NHL). The most common types are follicular lymphoma and diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL), which together make up more than 60% of all lymphomas. DBCL are aggressive but potentially curable with multi-agent chemotherapy. However the putative tumor suppressor genes (TSG) responsible for lymphomagenesis still remain unknown. The rational of this project was based on unpublished data from the translational project GHEDI (Deciphering the Genetic Heterogeneity of Diffuse large B-cell lymphoma in the rituximab era). Array comparative genomic hybridization (aCGH) (Agilent 180 K) was performed in a series of 202 DLBCL and found 40% of deletions of 6q21 region, whose minimal commune deleted region (MCR) contains HACE1 gene. Furthermore, transcriptomic analysis showed a significant correlation between gene copy number and expression level. HACE1, located on chromosome 6q, encodes an E3 ubiquitin ligase and is downregulated in human tumors such as neuroblastomas and natural killer (NK) lymphomas. HACE1 has been shown to ubiquitylate Rac1, a protein involved in cell proliferation and G2/M cell cycle progression. The function of HACE1 and the factors involved in its transcriptional regulation are largely unknown in the context of B-cell lymphomas. In this study, we investigated whether HACE1 is a candidate gene in the 6q genomic region involved in DLBCL lymphomagenesis. We determined the frequency of HACE1 inactivation in B-cell lymphoma and analyzed the mechanisms involved in its silencing. We show, by RT-qPCR, that HACE1 gene is constitutively expressed in normal lymph nodes and in normal B-cells isolated from peripheral blood, contrasting with a strong downregulation of its expression in more than 70% (77/111) of B-cell lymphoma cases and in four tested B-Lymphoma cell lines. HACE1 gene copy number was assessed by quantitative multiplex PCR of short fluorescent fragments (QMPSF) and array for comparative genomic hybridization (aCGH) in 91 DLBCL cases.

Alzheimer's disease (AD), the most common form of dementia, is a chronic neurodegenerative disease. The HECT domain and ankyrin repeat containing E3 ubiquitin protein ligase 1 (HACE1) gene is expressed in human brain and may play a role in the pathogenesis of neurodegenerative disorders. Till now, no previous study has reported the association of the HACE1 gene with the risk and age at onset (AAO) of AD; while few studies have checked the proportional hazards assumption in the survival analysis of AAO of AD using Cox proportional hazards model. In this study, we examined the associations of 14 single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the HACE1 gene with the risk and the AAO of AD using 791 AD patients and 782 controls. Multiple logistic regression model identified one SNP (rs9499937 with p = 1.8×10) to be associated with the risk of AD. For survival analysis of AAO, both classic Cox regression model and Bayesian survival analysis using the Cox proportional hazards model were applied to examine the association of each SNP with the AAO. The hazards ratio (HR) with its 95% confidence interval (CI) was estimated. Survival analysis using the classic Cox regression model showed that 4 SNPs were significantly associated with the AAO (top SNP rs9499937 with HR=1.33, 95%CI=1.13-1.57, p=5.0×10). Bayesian Cox regression model showed similar but a slightly stronger associations (top SNP rs9499937 with HR=1.34, 95%CI=1.11-1.55) compared with the classic Cox regression model. Using an independent family-based sample, one SNP rs9486018 was associated with the risk of AD (p=0.0323) and the T-T-G haplotype from rs9786015, rs9486018 and rs4079063 showed associations with both the risk and AAO of AD (p=2.27×10 and 0.0487, respectively). The findings of this study provide first evidence that several genetic variants in the HACE1 gene were associated with the risk and AAO of AD.