Der Transkriptionsfaktor CCAAT/enhancer-binding protein α (C/EBPα) kontrolliert Zellzyklusarrest und terminale Differenzierung von neutrophilen Granulozyten und Adipozyten. Mutationen von C/EBPα treten häufig im Zusammenhang mit akuter myeloischer Leukämie auf. Massenspektrometrische Untersuchungen zeigten, dass C/EBPα an mehreren konservierten Argininen citrunilliert ist, einschließlich R297 in der C-terminalen basischen Region von C/EBPα. Mutationen von C/EBPα R297 wurden bereits beschrieben, weshalb der Schwerpunkt dieser Arbeit auf die Analyse der Modifikation dieses Aminosäurerestes gelegt wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass die Peptidyl-Arginin-Deaminase (PADI4) mit C/EBPα interagiert und an mehreren Aminosäureresten citrunilliert. Citrunillierung oder Mutation von R297 beeinflusst die Aktivität von C/EBPα, einschließlich DNA-Bindung und Interaktion mit Partnerproteinen. Mutationsanalysen legen nahe, dass die positive Ladung des Aminosäurerestes R297 für die Bindung an cis-regulatorische DNA-Elemente, Protein Interaktionen, Genaktivierung, Fettzelldifferenzierung und Zellzyklusarrest ausschlaggebend ist. Knock-down von PADI4 in der myeloischen Vorläufer-Zelllinie 32D oder in der leukämischen U937 Zelllinie induziert Granulozyten-Differenzierung, möglicherweise durch Blockierung der PADI4-vermittelten Citrunillierung und Inaktivierung von C/EBPα. Zusammengefasst ergibt sich aus den Daten, dass PADI4 die positiv-geladene Seitenkette von C/EBPα R297 in eine ungeladene, citrunillierte Form umwandelt, die die Assoziation mit DNA destabilisiert und die C/EBPα-E2F-Interaktion beeinflusst, was wiederum das Gleichgewicht zwischen Proliferation und Differenzierung bestimmt. / The transcription factor CCAAT/enhancer-binding protein α (C/EBPα) coordinates cell cycle arrest and terminal differentiation of neutrophil granulocytes and adipocytes. Mutations in C/EBPα are frequently associated with acute myeloid leukemia. Mass spectrometric analysis revealed that citrullination occurred on multiple conserved C/EBPα arginine residues including R297 in the C/EBPα basic region. C/EBPα R297 was previously reported to be mutated in acute myeloid leukemia and we therefore focused on the modification this residue. Data presented here show that peptidylarginine deiminase 4 (PADI4) interacts with and citrullinates C/EBPα at several sites. Citrullination or mutation of R297 dramatically changed C/EBPα activities, including DNA binding and interaction with protein partners. Mutational analysis demonstrated that the positive charge of residue R297 was critical for binding to cis-regulatory sites on DNA, gene activation, adipocytic differentiation, and cell cycle arrest. Knock down of PADI4 in the myeloid precursor cell line 32D or U937 leukemia cells induced granulocyte differentiation, potentially through relieving PADI4 mediated citrullination and inactivation of C/EBPα. Taken together, the data suggest that PADI4 converts the positive C/EBPα R297 side chain to the non-charged citrulline side chain which destabilizes the association with DNA and affects C/EBPα - E2F interaction that determines the balance between proliferation and differentiation.

La sclérose en plaques est une maladie auto-immune dirigée contre les protéines de la myéline du cerveau. Plusieurs mécanismes physiopathologiques sont impliqués dans la SEP tels que l'inflammation, la démyélinisation et l’atteinte axonale. La SEP est associée à une expression accrue de cytokines et à une activation des rétrovirus endogènes humains (HERVs). Dans les conditions physiologiques, ces unités transcriptionnelles sont maintenues dans un état réprimé par un même mécanisme répresseur dépendant de la chromatine : la tri-méthylation de la lysine 9 de l’histone H3 (H3K9me3), qui crée un site de liaison aux protéines de la famille HP1. Nous avons trouvé qu’à la fois, les gènes de l’immunité et les HERVs nécessitent les protéines hétérochromatiniennes HP1α pour leur répression transcriptionnelle. Nous avons montré que la peptidylarginine déiminase 4, une enzyme qui joue un rôle dans la SEP, affaiblit la liaison de HP1α à la lysine 9 tri-méthylée de l'histone H3 en citrullinant l’arginine 8. Nous avons apporté la preuve que de multiples événements de la réactivation de la transcription chez les patients atteints de la SEP peuvent être expliqués par un défaut du mécanisme unique de répression génique. Nous avons également montré qu'il est possible de renforcer la répression de HP1 à l'aide de petites molécules. Par exemple, l’EGCG, un composé de thé vert, est en mesure de réduire à la fois l’expression des HERVs et des cytokines en augmentant l'activité de l’histone méthyltransférase SUV39H1. Cela conduit à une accumulation de la marque répressive H3K9me3, qui va favoriser la liaison de HP1.Ensemble, ces résultats suggèrent que HP1 est une composante importante de la SEP au niveau de la régulation des cytokines et des HERVs. / Multiple Sclerosis is an autoimmune disease resulting in damage to myelin structures of the brain. Several physiopathological mechanisms are involved in MS including inflammation, demyelination, and axonal damage. MS is associated with increased cytokine expression and activation of human endogenous retroviruses (HERVs). These two types of transcriptional units are kept in check by chromatin-dependent silencing associated with lysine 9 trimethylation of histone H3, and subsequent of HP1 proteins. We find that both the cytokine genes and the HERVs require the heterochromatin protein HP1 for their transcriptional repression. Furthermore, we have shown that the peptidylarginine deiminase 4, an enzyme with a suspected role in MS, weakens the binding of HP1 to tri-methylated histone H3 lysine 9 by citrullinating histone H3 arginine 8. We thereby evidence that multiple events of transcriptional reactivation in MS patients can be explained by deficiency of a single mechanism of gene silencing. We have also shown that it is possible to reinforce HP1 repression by using small molecules. For example, EGCG, a green tea compound, is able to reduce both HERVs and cytokines expression by increasing histone methyltransferase activity SUV39H1. This leads to increased accumulation of H3K9me3 repressive marks and favors binding of HP1. All together, these results suggest that HP1 is an important component of the regulation of cytokine genes and HERVs in MS patients.