Régulation de l’expression d’UNC5A par l’axe OGT/EZH2 : une nouvelle connexion entre nutrition, épigénétique et cancer colorectal ?

Regulation of UNC5A expression by the OGT/EZH2 axis : a new connection between nutrition, epigenetics and colorectal cancer ?

• Auteur / Autrice : Amélie Decourcelle
• Direction : Vanessa Dehennaut
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 11/12/2020
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Hétérogénéité, plasticité et résistance aux thérapies des cancers (CANTHER)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines Polycomb

Glycosylation

Épigénétique

Antioncogènes

Nutrition

Étiologie

Cancer colorectal

Mots clés libres

Récepteur UNC5A

O-GlcNAc-transférase

Protéine Enhancer of zeste homologue 2

Résumé

Si de nombreuses études soutiennent l’existence d’une relation étroite entre les désordres nutritionnels, les modifications épigénétiques et l’étiologie du cancer colorectal (CCR), les mécanismes sous-jacents restent à éclaircir. Les gènes suppresseurs de tumeurs de la famille UNC5H (UNC5A, B, C et D) qui codent des récepteurs membranaires contrôlant la balance survie/apoptose font partie des gènes fréquemment réprimés au cours de la carcinogenèse colique par des mécanismes épigénétiques encore peu compris. Dans le modèle murin de carcinogenèse colique AOM/DSS, nous avons montré que l’expression d’UNC5A, UNC5B et UNC5C était diminuée dans les tumeurs mais exclusivement chez les souris soumises à un régime riche en sucres (HCD) durant toute la durée de l’expérience, reliant ainsi la nutrition à leur perte d’expression dans le CCR. La O-GlcNAcylation est une modification post-traductionnelle ciblant des milliers de protéines nucléocytoplasmiques et mitochondriales intervenant dans divers processus cellulaires fondamentaux parmi lesquels la régulation épigénétique de l’expression génique et dont les niveaux sont augmentés au cours de la carcinogenèse colique. Les niveaux de O-GlcNAcylation dépendent étroitement du nucléotide sucre donneur de la réaction, l’UDP-GlcNAc, qui lui-même est au carrefour de plusieurs métabolismes définissant cette glycosylation comme un senseur nutritionnel. Dans ce contexte, nous avons émis l’hypothèse selon laquelle la O-GlcNAcylation puisse représenter un des relais moléculaires entre la nutrition et la répression des gènes de la famille UNC5H au cours de la carcinogenèse colique. Dans des cellules cancéreuses coliques humaines, par une combinaison d'approches incluant inhibitions pharmacologiques et interférence à l’ARN couplées à des analyses en RT-qPCR et à des tests d’activité promotrice, nous avons montré l’action conjointe de la O-GlcNAcylation et d’EZH2 (la sous-unité catalytique du complexe PRC2 responsable du dépôt de la marque épigénétique répressive H3K27Me3) dans la régulation de l’expression d’UNC5A. Plus précisément, des expériences de CUT&RUN nous ont permis de prouver que la O-GlcNAcylation d’EZH2 permet son recrutement sur le promoteur d’UNC5A afin de réprimer sa transcription. L’ensemble de nos résultats soutiennent donc l'hypothèse selon laquelle la O-GlcNAcylation pourrait représenter une nouvelle connexion entre la nutrition et la régulation épigénétique de gènes suppresseurs de tumeurs clés régissant la cancérisation de la muqueuse colique.

Although many studies support a close relationship between nutritional disorders, epigenetic changes and the etiology of colorectal cancer (CRC), the underlying mechanisms remain to be elucidated. The UNC5H tumor suppressor genes (UNC5A, B, C and D) that code for membrane receptors controlling the survival/apoptosis balance are among the genes frequently repressed during colonic carcinogenesis by epigenetic mechanisms that are still poorly understood. In the AOM/DSS mouse model of colonic carcinogenesis, we showed that UNC5A, UNC5B and UNC5C expression was decreased in tumors but exclusively in mice subjected to a High Carbohydrate Diet (HCD) during all the time course of the experiment, thus linking nutrition to their repression in CRC. O-GlcNAcylation is a post-translational modification targeting thousands of nucleocytoplasmic and mitochondrial proteins involved in various fundamental cellular processes including epigenetic regulation of gene expression and whose levels are increased during colonic carcinogenesis. O-GlcNAcylation levels depend of UDP-GlcNAc, the sugar nucleotide donor of the reaction, which itself is at the crossroad of several metabolisms, thus defining this glycosylation as a nutritional sensor. In this context, we hypothesized that O-GlcNAcylation could be one of the molecular relays between nutrition and UNC5H genes repression during colonic carcinogenesis. In human colon cancer cells, by using a combination of pharmacological inhibitions and siRNA approaches coupled to RT-qPCR analyses and promoter activities studies, we showed that O-GlcNAcylation and EZH2 (the catalytic subunit of the PRC2 complex responsible for the deposition of the epigenetic repressive mark H3K27Me3) act jointly to repress UNC5A expression. More precisely, by CUT&RUN experiments, we demonstrated that O-GlcNAcylation of EZH2 allows its recruitment onto the UNC5A promoter to repress its transcription. To conclude, all these results confirm the hypothesis that O-GlcNAcylation could be a new connection between nutrition and epigenetic regulation of tumor suppressor genes governing the cancerization of the colonic mucosa.