Plus de 70% des tumeurs mammaires expriment le récepteur des œstrogènes alpha (ERα), un facteur de transcription dépendant de ses ligands, les œstrogènes. Deux types d’anti-œstrogènes (AE) peuvent être utilisés en clinique pour traiter ces tumeurs : les SERM (Selective Estrogen Receptor Modulators) qui sont des agonistes partiels, tels que le tamoxifène, le SERM le plus communément utilisé en première ligne de traitement. Les SERD (Selective Estrogen Receptor Degraders) sont des AE purs et induisent la dégradation de ERα. Le fulvestrant a été le premier SERD utilisé en clinique, en seconde ligne de traitement après rechute ou dans un contexte métastatique. Cependant, il est très peu biodisponible oralement. ERα est ubiquitiné en présence de SERD, ce qui conduit à sa dégradation par la voie du protéasome. De plus, nous avons montré qu’ERα est également SUMOylé en présence de fulvestrant et d’autres AE purs. Cette SUMOylation contribue à supprimer ses propriétés transcriptionnelles. La SUMOylation et l’ubiquitination sont deux modifications post-traductionnelles similaires et consistent en la conjugaison d’une petite protéine (SUMO1/2/3 ou ubiquitine) sur des résidus d’une protéine cible lors d’une cascade de réactions impliquant trois enzymes : une enzyme activatrice E1, une enzyme de conjugaison E2 et une ligase E3. Ces processus peuvent être réversibles à l’aide de déSUMOylases (SENP) ou déubiquitinases (DUB).
Dans un premier temps, nous avons étudié les déterminants structuraux de ERα nécessaires pour sa SUMOylation. Nos analyses Western et nos tests BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfer), dans lesquels nous avons mesuré le transfert d’énergie entre un donneur luminescent (ERα ou ERβ fusionnés à la luciférase) et un accepteur fluorescent (SUMO1 ou SUMO3 fusionnée à la YFP), ont montré que ERα est SUMOylé en présence de fulvestrant, mais pas son paralogue ERβ. Nous avons ensuite créé des chimères dans lesquelles nous avons échangé les domaines de ERα et de ERβ et avons étudié le profil de SUMOylation de ces chimères à l’aide des mêmes essais. Nous avons ainsi mis en évidence que les séquences spécifiques à ERα dans les hélices H3-H4 du domaine de liaison au ligand sont nécessaires et suffisantes pour sa SUMOylation en présence de fulvestrant. Dans cette région, les acides aminés spécifiques à ERα ne sont pas de potentiels substrats de modification. De plus, ces hélices font partie du sillon de recrutement de cofacteurs de ERα, ce qui suggère qu’il y a un recrutement différentiel de la machinerie de SUMOylation par ERα et ERβ en présence de fulvestrant. Nous avons montré que la surexpression de PIAS1 et PIAS2 peut augmenter le signal de SUMOylation.
Nous avons ensuite étudié le lien entre la SUMOylation et l’ubiquitination de ERα induites par les AE. Nous avons adapté nos tests BRET pour mesurer l’ubiquitination de ERα, en réalisant des essais Ubi-BRET (Ubiquitine fusionnée à la YFP). Nous avons ainsi pu observer que la SUMOylation et l’ubiquitination de ERα sont affectées par les mêmes mutations en présence d’AE, suggérant un lien entre ces deux voies de modification de ERα induites par les AEs purs. Des essais en cinétique BRET ont montré que ces modifications se font en parallèle et que l’utilisation d’inhibiteurs de SUMOylation chimiques (ML-792 et TAK-981) ou protéiques (déSUMOylase SENP1/2) abrogent la SUMOylation de ERα. En revanche, l’ubiquitination de ERα par différents AE est partiellement diminuée lorsque ces inhibiteurs sont utilisés. La surexpression des protéines RNF4 et RNF111, qui sont des enzymes E3 ubiquitine ligases qui vont ubiquitiner spécifiquement les protéines SUMOylées (STUbL), augmente l’ubiquitination de ERα en présence de fulvestrant et d’autres SERD, de manière dépendante de la SUMOylation. Cependant, l’inhibition de la SUMOylation par les inhibiteurs ML-792 et TAK-781 n’a pas eu d’effet sur la dégradation de ERα par la voie du protéasome dans les cellules ER-positives MCF-7 et T47D. Ces résultats suggèrent que la SUMOylation et l’ubiquitination de ERα ont lieu en parallèle et nécessitent la même conformation de ERα induite par les AE. Enfin, ces deux modifications peuvent être reliées, grâce aux protéines STUbL de manière spécifique des cellules.
En résumé, ces projets nous ont permis de mieux comprendre les mécanismes d’action des anti-œstrogènes purs utilisés dans le cancer du sein ER-positif. Nos découvertes pourront contribuer à anticiper des mécanismes possibles de résistance à ces molécules et permettre d’optimiser le développement de nouveaux anti-œstrogènes plus efficaces dans l’induction de la SUMOylation. / More than 70% of mammary tumors are positives for the expression of the estrogen receptor alpha (ERα), a ligand-dependent transcription factor, activated by estrogens. Two types of antiestrogens (AE) are used in the clinic to treat these tumors: the SERMs (Selective Estrogen Receptor Modulators), which are partial agonists, with the tamoxifen, the most common SERM used in first line of treatment. The SERDs (Selective Estrogen Receptor Degraders) are pure antiestrogens that induced ERα degradation. Fulvestrant has been the first SERD used in the clinic, in second line of treatment after relapse or in a metastatic setting. However, fulvestrant is poorly orally bioavailable. ERα is ubiquitinated in the presence of SERDs and this induce its degradation via the proteasome pathway. In our lab, we have showed that ERα is also SUMOylated in the presence of fulvestrant and other pure antiestrogens. This SUMOylation suppresses its transcriptional properties. SUMOylation and ubiquitination are two similar post-translational modifications that consist in the conjugation of a small protein (SUMO1/2/3 or ubiquitin) on residues of a target protein during an enzymatic cascade implicating three enzymes: an E1 activating, an E2 conjugating and an E3 ligase. These processes are reversible thanks to deSUMOylases (SENPs) and deubiquitinases (DUBs).
First, we have studied the structural determinants of ERα required for its SUMOylation. Our Western and BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfer) analyses, where we measured the energy transfer between a luminescent donor (ERα or ERβ fused to the luciferase) to a fluorescent acceptor (SUMO1 or SUMO3 fused to the YFP), have showed that ERα is SUMOylated in the presence of fulvestrant but not its paralog ERβ. We have created chimeras by exchanging domains between ERα and ERβ et we have studied the SUMOylation profile of these chimeras with these assays. We showed that the specific sequence to ERα in the H3-H4 helices of the ligand binding domain are necessary and sufficient to induce its SUMOylation in the presence of fulvestrant. In this region, the amino acids that are specifics to ERα are not potential substrates of modification. Moreover, these helices are part of the cofactor binding groove of ERα, suggesting that there is a differential recruitment of the SUMOylation machinery by ERα compared to ERβ in the presence of fulvestrant. We have also showed that the overexpression of the E3 SUMO ligases PIAS1 and PIAS2 can increase the SUMOylation signal.
We then studied the parallel between SUMOylation and ubiquitination of ERα induced by AE. We adapted our BRET assays to measure the ubiquitination of ERα, by performing Ubi-BRET assays (ubiquitin fused to the YFP). We observed that SUMOylation and ubiquitination of ERα are affected by the same mutations in the presence of AE, suggesting that there is a crosstalk between these two modification pathways of ERα induced by AE. BRET kinetic assays showed that these modifications happened in parallel and that the use of SUMOylation inhibitors (chemicals ML-792 and TAK-981; or deSUMOylases SENP1/2) abrogated the SUMOylation of ERα. However, the ubiquitination of ERα by different AE is partially decreased when these inhibitors are used. The overexpression of RNF4 and RNF111, which are SUMO-targeted ubiquitin ligases (STUbLs), that will specifically ubiquitinate SUMOylated target proteins, increased the ubiquitination of ERα in the presence of fulvestrant and other SERDs, in a SUMO-dependent manner. However, the inhibition of SUMOylation by ML-792 and TAK-981 inhibitors did not impact the degradation of ERα induced by the proteasome in ER-positive breast cancer cells MCF7 and T47D. These results suggest that SUMOylation and ubiquitination of ERα happened in parallel and required the same conformation of ERα induced by AE. Finally, these two modifications can be linked thanks to STUbLs in a cell-specific manner.
These projects led us to better understand the mechanisms of action of pure AE used in the treatment of ER-positive breast cancer. Our findings will contribute to anticipate possible mechanisms of resistance to AE et will help for the optimization and the development of new AE, more efficient in inducing ERα SUMOylation.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:umontreal.ca/oai:papyrus.bib.umontreal.ca:1866/34004 |
| Date | 12 1900 |
| Creators | Vallet, Amandine |
| Contributors | Mader, Sylvie |
| Source Sets | Université de Montréal |
| Language | fra |
| Detected Language | French |
| Type | thesis, thèse |
| Format | application/pdf |
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