La déubiquitinase BRCA-associated protein 1 (BAP1) est un suppresseur de tumeurs chez l’homme, dont l’activité enzymatique est inactivée dans une variété de cancers. Les modèles actuels proposent que BAP1 forme un complexe de plusieurs méga daltons avec des protéines associées à la chromatine, et que ces protéines et les modifications post-traductionnelles (PTM) facilitent sa fonction de suppresseur de tumeurs en agissant sur la chromatine. Il a été démon-tré que les facteurs de transcription FOXK1 et FOXK2 recrutent BAP1 pour cibler des gènes et réguler la transcription. Cependant, comment FOXK1/2 sont régulés dans le complexe BAP1 reste inconnu.
FOXK1/2 sont récemment apparus comme des régulateurs clés du métabolisme et de la prolifération cellulaire dans des conditions normales et de stress. Les observations dans les can-cers humains suggèrent que FOXK1, et non FOXK2, possède des propriétés oncogéniques. En effet, une expression élevée de FOXK1 est associée à une prolifération accrue, ainsi qu’à une invasion et des métastases plus importantes. Cependant, les mécanismes moléculaires exacts de la dérégulation de FOXK1 restent méconnus. Nos analyses sur la survie des patients montrent qu’une forte expression du transcrit de FOXK1 diminue significativement la survie par rapport aux patients présentant de faibles taux du transcrit de FOXK1, ce qui n’est pas observé avec FOXK2.
Pour mieux comprendre les fonctions de FOXK1 et FOXK2, nous avons surexprimé ses protéines dans des fibroblastes humains normaux. Cela nous a conduits à découvrir que les pro-priétés oncogéniques de FOXK1 agissent en partie par l’induction de la voie des E2Fs. Contrai-rement à FOXK2, la surexpression de FOXK1 dans les fibroblastes humains normaux favorise la prolifération cellulaire et retarde l’induction de la sénescence. Nous avons également constaté que lorsque la surexpression de FOXK1 était combinée à d’autres oncogènes, sa capacité à transformer les fibroblastes était significativement augmentée. Ces résultats suggèrent que FOXK1 et FOXK2 jouent différents rôles dans les cellules et qu’un mécanisme peut réguler leur activité différemment.
De manière intéressante, nous avons découvert que FOXK1, et non FOXK2, est modifié par O-GlcNAcylation, une modification post-traductionnelle unique connue pour être étroite-ment régulée par les fluctuations du métabolisme cellulaire. Par conséquent, nous avons émis l’hypothèse que la O-GlcNAcylation est un mécanisme important de régulation de l’activité transcriptionnelle de FOXK1. L’identification des sites modifiés sur FOXK1 nous a permis de créer des mutants déficients en O-GlcNAcylation de ce facteur. Alors que la perte de la O-GlcNAcylation n’impacte pas sur le recrutement de FOXK1 à la chromatine, nous avons décou-vert que la O-GlcNAcylation régule les propriétés oncogéniques de FOXK1. En effet, l’absence de la O-GlcNAcylation de FOXK1 diminue la capacité proliférative des cellules ainsi que la crois-sance tumorale. De plus, nos analyses de génomiques nous ont permis de mettre en évidence que la O-GlcNAcylation régule le recrutement de BAP1 sur la chromatine. La diminution de la O-GlcNAcylation sur FOXK1 entraîne une réduction du recrutement de BAP1, ce qui est associé à une augmentation des niveaux de H2AK119Ub, une marque de répression génique ciblée par la déubiquitinase BAP1, ainsi qu’à une diminution de la marque d’activation H3K4me1.
Nous proposons un modèle dans lequel la O-GlcNAcylation régule les fonctions biolo-giques de FOXK1 et promeut la croissance tumorale en pilotant les propriétés oncogéniques de ce facteur. Nos analyses suggèrent que la O-GlcNAcylation de FOXK1 est importante pour le bon fonctionnement des complexes sur la chromatine. Comprendre comment FOXK1 et FOXK2 régu-lent BAP1 pourrait nous aider à mieux définir les fonctions de suppression tumorale de BAP1 et comment la dérégulation des facteurs de transcription contribue au développement du cancer. / The deubiquitinase BAP1 (BRCA-associated protein 1) is a tumor suppressor in humans,
whose enzymatic activity is inactivated in a variety of cancers. Current models suggest that BAP1
forms mega dalton complex with chromatin-associated proteins, and that these proteins and
post-translational modifications (PTMs) facilitate its tumor suppressor function by acting on chromatin. It has been shown that the transcription factors FOXK1 and FOXK2 recruit BAP1 to target
genes and regulate transcription. However, how FOXK1/2 are regulated within the BAP1 complex
remains unknown.
FOXK1/2 have recently emerged as key regulators of metabolism and cell proliferation
under normal and stress conditions. Observations in human cancers suggest that FOXK1, and not
FOXK2, has oncogenic properties. Indeed, high expression of FOXK1 is associated with increased
proliferation, as well as greater invasion and metastasis. However, the exact molecular mechanisms of FOXK1 deregulation remain unknown. Our analyses of patient survival show that high
expression of FOXK1 transcript significantly reduces survival compared to patients with low levels
of FOXK1 transcript, which is not observed with FOXK2.
To better understand the functions of FOXK1 and FOXK2, we overexpressed their proteins
in normal human fibroblasts. This led us to discover that the oncogenic properties of FOXK1 act
in part by inducing the E2F pathway. Unlike FOXK2, overexpression of FOXK1 in normal human
fibroblasts promotes cell proliferation and delays the induction of senescence. We also found that
when overexpression of FOXK1 was combined with other oncogenes, its ability to transform fibroblasts was significantly increased. These results suggest that FOXK1 and FOXK2 play different
roles in cells and that a mechanism may regulate their activity differently.
Interestingly, we discovered that FOXK1, and not FOXK2, is modified by O-GlcNAcylation,
a unique post-translational modification known to be tightly regulated by fluctuations in cellular
metabolism. Consequently, we hypothesized that O-GlcNAcylation is an important mechanism for regulating the transcriptional activity of FOXK1. Identifying the modified sites on FOXK1 allowed us to create mutants deficient in O-GlcNAcylation of this factor. While the loss of O-GlcNAcylation does not affect the recruitment of FOXK1 to chromatin, we discovered that O-GlcNAcylation regulates the oncogenic properties of FOXK1. Indeed, the absence of O-GlcNAcylation
of FOXK1 reduces the proliferative capacity of cells as well as tumor growth. Moreover, our genomic analyses have allowed us to highlight that O-GlcNAcylation regulates the recruitment of
BAP1 to chromatin. Loss of FOXK1 O-GlcNAcylation leads to a reduction of BAP1 recruitment to
chromatin, which is associated with an increase in the levels of H2AK119Ub, a gene repression
mark targeted by the deubiquitinase BAP1, as well as a decrease in the activation mark H3K4me1.
We propose a model in which O-GlcNAcylation regulates the biological functions of FOXK1
and promotes tumor growth by driving the oncogenic properties of this factor. Our analyses suggest that O-GlcNAcylation of FOXK1 is important for the proper functioning of complexes on chromatin. Understanding how FOXK1 and FOXK2 regulate BAP1 could help us better define the tumor-suppressing functions of BAP1 and how the deregulation of transcription factors contributes
to cancer development.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:umontreal.ca/oai:papyrus.bib.umontreal.ca:1866/33412 |
| Date | 02 1900 |
| Creators | Masclef, Louis |
| Contributors | Affar, El Bachir |
| Source Sets | Université de Montréal |
| Language | fra |
| Detected Language | French |
| Type | thesis, thèse |
| Format | application/pdf |
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