La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative autosomale dominante causée par une expansion anormale de CAG dans le gène codant la huntingtine (HTT) qui se traduit dans la protéine HTT par une répétition de polyglutamine, entrainant la mort neuronale. Néanmoins, la MH entraine aussi le développement de symptômes périphériques comme la HTT est une protéine exprimée de façon ubiquitaire. Notamment, la MH a été associé à une plus faible incidence des cancers, mais les mécanismes sous-jacents ne sont pas décrits. Nous avons étudié le rôle de HTT mutée et sauvage dans le cancer du sein, où la protéine est fortement exprimée. Des modèles murins de cancer du sein (MMTV-PyVT et MMTV-ErbB2) exprimant la HTT mutée (souris knock-in transportant 111 GAC) développent des tumeurs mammaires agressives par rapport aux souris exprimant la HTT sauvage. La transition épithéliale-mésenchymateuse est accélérée avec une augmentation de la motilité cellulaire ainsi que de la formation de métastases. Ces tumeurs accumulent le récepteur tyrosine-kinase HER2 à la membrane, en raison d'un défaut d'endocytose dynamine-dépendante en présence de la HTT mutée. La signalisation accrue de HER2 est responsable de l'agressivité des tumeurs exprimant la HTT mutée, comme en témoigne le traitement trastuzumab, un anticorps dirigé contre HER2 qui restaure la motilité et l'invasion des cellules tumorales porteuses de la mutation responsable de la MH. La HTT sauvage a elle-même un rôle protecteur dans le cancer, retardant l’apparition des métastases en raison d'un potentiel rôle dans l’adhésion intercellulaire. Ainsi, notre travail met en évidence des rôles clés de la HTT mutée et sauvage au cours de la progression du cancer du sein. / Huntington disease (HD) is an autosomal dominant neurodegenerative disorder caused by an abnormal CAG expansion in the huntingtin (HTT) gene. The corresponding polyglutamine expansion in the HTT protein causes specific neuronal death, but the consequences of HTT mutation in other tissues are less well understood. Nevertheless, HD mutation causes peripheral symptoms as HTT is an ubiquitous protein. HD was associated to lower cancer incidence, however, the mechanisms behind this effect were not described. Here we have studied the role of wild-type and mutant HTT in breast cancer, where we found the protein to be highly expressed. We demonstrate that mouse breast cancer models (MMTV-PyVT and MMTV-ErbB2) expressing mutant HTT (knock-in mice carrying 111 CAGs) develop aggressive mammary tumors as compared to control mice. Epithelial-to-mesenchymal transition is enhanced with subsequent increased cell motility and metastasis. These tumors accumulate tyrosine-kinase receptor HER2 at the membrane, due to a dynamin-dependent endocytosis defect in the presence of mutant HTT. HER2 enhanced signaling is responsible for the aggressiveness of the mutant HTT expressing tumors, as demonstrated by Trastuzumab treatment, an antibody against HER2 that restores motility and invasion in tumor cells carrying HD mutation. The wild-type HTT has itself a protective role in cancer, inhibiting metastasis due to a possible role in cellular junction maintenance. Thus, our work unravels a key role of HTT in breast cancer progression, with the mutant HTT triggering the development of aggressive and metastatic tumors.

Die meisten zellulären Prozesse werden durch Interaktionen zwischen Proteinen reguliert, weswegen die Charakterisierung dieser Interaktionen zu den wichtigsten Zielen der Proteomik gehört. Allerdings sind experimentelle Verfahren zur Detektion von Proteininteraktionen mit hohen Fehlerraten assoziiert und die Bedingungen unter denen die Interaktionen gemessen werden sind zu einem gewissen Grad artifiziell. Wir implementieren eine Anwendung, die menschliche Proteininteraktionsdaten aus von Experten gepflegten Datenbanken integriert. Um die hohen Fehlerraten von experimentell detektierten Proteininteraktionen zu adressieren, entwickeln wir eine Funktion, die sowohl computergestützt als auch von Experten dahingehend optimiert wird, Menge und Qualität der Evidenz einer Proteininteraktion zu bewerten. Um das Problem der fehlenden Kontextinformationen zu beheben, entwickeln wir eine Methode, die Interaktionsannotationen von verschiedenen Attributen der interagierenden Proteine ableitet. Wir benutzen die kontextspezifischen Netzwerke, um Proteininteraktionen zu identifizieren, die vermutlich eine Rolle in Krankheiten spielen. Schliesslich verwenden wir das integrierte humane Netzwerk interagierender Proteine für die Untersuchung der Wildtyp-Funktion von Polyglutaminketten. Expansionen dieser Ketten wurden mit verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen (wie zum Beispiel Chorea Huntington) assoziiert. Allerdings sind Polyglutaminketten normaler Bestandteil vieler menschlicher Proteine, was suggeriert, dass diese Ketten eine wichtige zelluläre Funktion haben. Um Hinweise auf eine solche Funktion in biologischen Systemen zu sammeln, untersuchen wir die Charakteristika von Proteinen mit Polyglutaminketten in Interaktionsnetzwerken und Eigenschaften der Ketten auf Nukleotid-, Protein- und Organismen-Ebene. Zusammengenommen legen unsere Beobachtungen nahe, dass Polyglutaminketten Interaktionen zwischen Proteinen stabilisieren. / Protein-protein interactions (PPIs) regulate many cellular functions. Therefore, characterizing the entire human interactome is a key effort in current proteomics research. However, the experimental reliability of the techniques used to detect PPIs can have widely different quality with some methods being associated with high error rates. Another problem of PPI detection methods is that many interactions are measured under artificial conditions. We implement a resource that integrates human PPI data from the major expert-curated PPI databases. To address the high uncertainty associated with experimentally detected PPIs, we develop a scoring scheme that has been optimized both computationally and by human experts to reflect the amount and quality of evidence for a given PPI. To deal with the problem of missing context, we develop a method that assigns information to PPIs inferred from various attributes of the interacting proteins. We use these context-specific networks to identify PPIs that likely play a role in disease. Finally, we use the integrated human PPI network for the study of the wild type function of polyglutamine (polyQ) stretches. Expansions of these stretches have been observed in the proteins of a large number of patients with different neurodegenerative diseases such as Huntington''s. However, polyQ tracts are a normal feature of many human proteins, suggesting that they have an important cellular function. To clarify the potential function of polyQ repeats in biological systems, we study the characteristics of polyQ-containing proteins in the human PPI network. We complement the network analysis studying the repeats at nucleotide, protein and organism level. Together, our observations suggest that polyQ tracts in proteins stabilize protein interactions.

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Chorea Huntington (HD) ist eine neurodegenerative Erkrankung, die durch Ablagerungen von N-terminal Polyglutamin-reichen Huntingtin (Htt) -Fragmenten in den betroffenen Neuronen charakterisiert ist. Das mutierte Htt (mHtt) Protein wird ubiquitär exprimiert. Das zellspezifische Absterben von „medium-sized spiny neurons“ (MSN) wird jedoch im Striatum von HD Patienten verursacht (Albin, 1995). Es wird angenommen, dass Striatum-spezifische Proteine, die mit Htt interagieren, eine wichtige Rolle in der Pathogenese von HD spielen (Ross, 1995). Protein-Protein-Interaktionsstudien haben gezeigt, dass einige der Htt-Interaktionspartner mit unlöslichen Htt-Ablagerungen in den Gehirnen von HD-Patienten kolokalisieren und die Bildung von Protein-Aggregaten beeinflussen (Goehler, 2004). Kürzlich wurde durch die Integration von Genexpressions- und Interaktionsdaten ein Striatum-spezifisches Protein-Interaktionsnetzwerk erstellt (Chaurasia, unveröffentlichte Daten). Eines der identifizierten Proteine ist CRMP1 (collapsin response mediator protein 1), das spezifisch in Neuronen exprimiert wird und möglicherweise eine wichtige Rolle bei der Pathogenese von HD spielt. Experimentelle Untersuchungen mithilfe eines Filter-Retardationsassays zeigten, dass CRMP1 die Anordnung von Htt zu fibrillären, SDS-unlöslichen Aggregaten verringert. Durch Rasterkraftmikroskopie wurde der direkte Effekt von CRMP1 auf den Aggregationsprozess von Htt bestätigt. Ko-Immunopräzipitationsstudien zeigten, dass CRMP1 und Htt in Säugerzellen unter physiologischen Bedingungen miteinander interagieren. Es wurde nachgewiesen, dass CRMP1 die Polyglutamin-abhängige Aggregation und Toxizität von Htt in Zell- und Drosophila-Modellen von HD moduliert. Außerdem konnte CRMP1 in neuronalen Ablagerungen in R6/2 Mäusegehirnen und dessen selektive Spaltung durch Calpaine gezeigt werden. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Lokalisation und Funktion von CRMP1 bei der Krankheitsentstehung verändert werden. / Huntington’s disease (HD) is a neurodegenerative disorder characterized by the accumulation of N-terminal polyglutamine (polyQ)-containing huntingtin (Htt) fragments in affected neurons. The mutant Htt (mHtt) protein is ubiquitously expressed but causes specific dysfunction and death of striatal medium-sized spiny neurons (MSNs) (Albin, 1995). It is assumed that striatum specific proteins interacting with Htt might play an important role in HD pathogenesis (Ross, 1995). Previous protein-protein interaction (PPI) studies demonstrated that many Htt-interacting proteins colocalize with insoluble Htt inclusions in HD brains and modulate the mHtt phenotype (Goehler 2004). A striatum-specific, dysregulated PPI network has been created recently by integrating PPI networks with information from gene expression profiling data (Chaurasia, unpublished data). One of the identified dysregulated proteins potentially involved in HD pathogenesis was the neuron-specific collapsin response-mediator protein 1 (CRMP1). Here, I show that CRMP1 reduces the self-assembly of SDS-insoluble mHtt protein aggregates in vitro, indicating a direct role of CRMP1 on the mHtt aggregation process. Coimmunoprecipitation studies showed that CRMP1 and Htt associate in mammalian cells under physiological conditions. In addition, CRMP1 localizes to abnormal neuronal inclusions and efficiently modulates polyQ-mediated Htt aggregation and toxicity in cell and Drosophila models of HD. This suggests that dysfunction of the protein is crucial for disease pathogenesis. Finally, I observed that CRMP1 localizes to neuronal inclusions and is selectively cleaved by calpains in R6/2 mouse brains, indicating that its distribution and function are altered in pathogenesis. In conclusion, this study presents new findings on the function of CRMP1 and its role in the pathogenesis of HD. The protein interacts with Htt and modulates its aggregation and toxicity, in this way influencing the molecular course of the disease.

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