Les protéine arginine méthyltransférases (PRMT) sont impliquées dans de nombreux processus cellulaires, incluant la régulation de l’expression des gènes, le contrôle de l’épissage, le maintien de l’intégrité du génome et la transduction du signal. De nombreuses études montrent que la dérégulation de l’activité des PRMT est associée au développement de pathologies, et en particulier de cancers. Les PRMT constituent ainsi une des nouvelles cibles potentielles en chimiothérapie. Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur trois cibles : PRMT2, PRMT3 et PRMT4/CARM1. Combinant des approches biochimiques, biophysiques et structurales (cristallographie et cryo- microscopie électronique), ces travaux comportent deux aspects : (I) comprendre au niveau atomique la régulation de la réaction de méthylation des protéines (reconnaissance protéines-protéines et interactions entre modifications post-traductionnelles) ; (II) découvrir des inhibiteurs spécifiques et puissants de plusieurs PRMT cibles. / Protein arginine methyltransferases (PRMT) are involved in many cellular processes, including gene expression regulation, splicing control, maintenance of genome integrity and signal transduction.Since deregulation of those biological processes appears to be implicated in the pathogenesis of different diseases, PRMTs have emerged as potential new targets for the development of novel therapeutic modulators. Despite the large amount of biological and structural data on PRMTs, two challenges remain to be solved by structural biology ; (I) understanding how PRMTs recognize and bind their full-length substrates ; (II) revealing how PRMTs achieve specific arginine methylation on different target sites. The works presented here focused on 3 targets: PRMT2, PRMT3 and PRMT4/ CARM1. We used biochemical, biophysical and structural methods (bio-crystallography and cryo- electron microscopy) to decipher structural clues that drive PRMT-substrate recognition. We developed new chemical probes that can be used in early drug discovery for the conception of PRMT inhibitors.

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Parallèlement à leur action nucléaire, les œstrogènes exercent également des effets via une signalisation cytoplasmique par des mécanismes pas complètement élucidés. Nous avons mis en évidence la méthylation de ERα (mERα) sur arginine est l’évènement clé de la signalisation non génomique des œstrogènes dans les cellules tumorales mammaires. Cette méthylation entraîne la formation d’un complexe contenant ERα/SRc/PI3K/FAK qui active des cascades de phosphorylation régulant la prolifération cellulaire. La production d’un anticorps spécifique de la forme méthylée a permis de montrer que ERα est hyperméthylé dans 55% des tumeurs mammaires. Afin de comprendre les mécanismes de régulation de la méthylation, nous avons recherché de nouveaux partenaires impliqués dans ce processus. Au cours de ma thèse, j’ai montré que la protéine kinase LKB1 est impliquée dans la signalisation non génomique des œstrogènes. Dans les cellules MCF-7, les œstrogènes entraînent rapidement le recrutement de LKB1 au sein du complexe précédemment décrit. De plus, LKB1 est indispensable à la formation de ce macro complexe ainsi qu’à la phosphorylation de Bad en aval. En effet, par cette action, LKB1 participe au rôle protecteur des œstrogènes contre l’apoptose orchestré par les œstrogènes. De plus, une étude de l’expression de mERα et LKB1, sur une série de tumeurs mammaires, a montré une corrélation significative entre l’expression de ces deux protéines associée à l’envahissement ganglionnaire. Ces résultats révèlent une signification biologique de l’interaction LKB1/mERα, suggérant un rôle oncogénique putatif de LKB1 / Besides its nuclear action, estrogens mediate also cytoplasmic signaling, however the mechanisms are not fully understood. We recently showed that arginine methylation of estrogen receptor alpha (Erα) is required for the recruitment of PI3K and Src, activating downstream kinases. An antibody that specifically recognized Erα dimethylated was generated allowing the detection of Erα hypermethylation in 55% of breast tumors. To decipher the molecular mechanisms that regulate Erα methylation in non genomic pathways, we investigated new partners of the methylated form of Erα (mERα). We identified the tumor suppressor LKB1, a Ser/Thr kinase involved in cell metabolism and cell polarity as a new partner of mERα. To ascribe a biological role to this interaction, we analyzed the protein complexes containing mErα and LKB1. LKB1 is part of the complexe involved in Erα non genomic pathway. LKB1 is essential for Erα methylation and the formation of the macrocomplex Erα/p85/Src suggesting a functional role of LKB1 in Erα methylation and then activation of downstream signaling pathways. Using a phosphospecific antibody microarray, we observed that LKB1 was required for Bad phosphorylation, suggesting its involvement in apoptosis. Indeed, we found that LKB1 participes in the protective role of estrogen against apoptosis. Interestingly, an IHC study on human breast tumors points a correlation between the expression of LKB1 and mErα : their expression is correlated with lymph node metastasis. Altogether, these results reveal biological significance of mErα/LKB1 interaction, suggesting a putative oncogenic role to LKB1

Le cancer du sein représente une cause de mortalité élevée chez la femme. Le cancer du sein est un cancer hormono-dépendant. De ce fait, il est extrêmement important de définir le rôle joué par les différents acteurs protéiques de la signalisation hormonale, notamment la signalisation œstrogénique. Parallèlement aux effets nucléaires de ERa où l'hormone lie le récepteur nucléaire et régule la transcription génique, il existe une voie dite non génomique. L'équipe a montré que les œstrogènes induisent la méthylation de ERa, qui est un prérequis au recrutement de la Pl3K et de la tyrosine kinase Src, conduisant à l'activation de molécules de signalisation telles que les MAPK et Akt, induisant prolifération et survie cellulaire. Durant ma thèse, j'ai pu démontrer que le complexe mERa/Src/Pl3K existe in vivo et constitue un nouveau biomarqueur indépendant de mauvais pronostique. La recherche de nouveaux partenaires du complexe mERa/Src/Pl3K nous a permis d'identifier le suppresseur de tumeur LKB1 et l'arginine déméthylase JMJD6. De façon surprenante, l'étude de l'expression de LKB1 par immunohistochimie dans une cohorte de tumeurs mammaires a montré une dualité fonctionnelle selon sa localisation subcellulaire. De plus, nous avons démontré que JMJD6 s'associe à ERa méthylé lorsque le récepteur est complexé à Src et Pl3K, et permet ainsi la déméthylation de ERa et la dissociation du complexe mERa/Src/Pl3K. Ce travail a ainsi pu mettre en évidence que les différents acteurs de cette signalisation peuvent constituer des éléments clés au diagnostique mais également lors de la décision thérapeutique, puisque qu'il existe des drogues peuvant cibler cette voie de signalisation / Estrogen receptor a {ERa}, belonging to the superfamily of hormone nuclear receptors, regulates many physiological processes, notably the growth and survival of breast tumor cells, acting as a ligand-dependent transcription factor. Besides to the well described transcriptional effects, estrogen also mediate extranuclear events called non genomic signaling via its receptor. /n fact, team shows that ERa is methylated and that this event is a prerequisite for the recrutement of Src and P/3K and the activation of Akt which orchestrate cell proliferation and survival. During my PhD, / demonstrated that the non genomic signaling complex mERa/Src/P/3K exists in vivo and is operative. /n addition, the complex is found to be an independent prognostic factor for disease free survival. This is an emergent concept that estrogen non genomic pathway is operative in vivo and can constitute a new therapeutic targets. The search for new partners of the complex has allowed us to identify the tumor suppressor LKB1 and arginine demethylase JMJD6. Expression of LKB1 in immunohistochemistry revealed dual properties based on its subcellular localization. When LKB1 is complexed with mERa/Src/P/3K it may acquire oncogenic properties. /n addition, JMJD6 interacts with methylated ERa when the receptor is associated with Src and P/3K, and allows the demethylation of ERa and the dissociation of the complex mERa/Src/P/3K. This work showed that estrogenic non genomic players can constitute new therapeutic targets in Breast tumors