O-GlcNAcylation : comment la O-GlcNAc transférase régule la physiologie hépatique?

O-GlcNAcylation : how does O-GlcNAc transferase regulate liver physiology ?

• Auteur / Autrice : Paula Ortega-Prieto
• Direction : Catherine Postic
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 10/12/2020
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Cochin (Paris ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Hélène Gilgenkrantz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hélène Gilgenkrantz, Philipe Lefebvre, Philippe Gual, Christèle Desbois-Mouthon, Anne-Sophie Vercoutter-Edouart, Carles Alvarez Canto
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philipe Lefebvre, Philippe Gual

Mots clés

Mots clés contrôlés

Glycosylation

Fibrose

Foie -- Maladies

Mots clés libres

OGT

O-GlcNAcylation

Foie

Inflammation

Prolifération

Dommage à l'ADN

Stress du RE

Fibrose

OGT

O-GlcNAcylation

Liver

Inflammation

Proliferation

DNA damage

ER stress

Fibrosis

Résumé

La O-GlcNAcylation est une modification post-traductionnelle dynamique et réversible médiée par l'activité de seulement deux enzymes appelées O-GlcNAc transférase (OGT) et O-GlcNAcase (OGA). L'OGT catalyse l'ajout d'une seule N-acétylglucosamine (GlcNAc) de la molécule UDP-GlcNAc aux résidus sérine ou thréonine sur des protéines spécifiques modifiant leur stabilité, leur localisation et leur activation transcriptionnelle, tandis que l'élimination de l'O-GlcNAc est contrôlée par l'enzyme OGA. La perturbation des niveaux physiologiques de l'O-GlcNAcylation est liée à des fonctions cellulaires anormales et à des pathologies telles que la glucotoxicité, le syndrome métabolique et le cancer. Afin de déterminer les conséquences métaboliques d'une suppression ciblée de l'enzyme OGT dans les hépatocytes in vivo, nous avons développé un modèle de souris avec une ablation hépatique spécifique de l'enzyme OGT (OGTdelta) en croisant des souris OGTlox / lox avec des souris Alb-cre. De manière surprenante, ces souris ne présentent pas de perturbation majeure de l'homéostasie métabolique mais présentent un phénotype hépatique sévère avec la présence de nombreux nodules de régénération visibles après le sevrage. Les analyses RT-PCR et Western blot ont montré que l'expression des cyclines A2, B1 et D1 était significativement augmentée dans le foie des souris OGTdelta par rapport aux contrôles, suggérant un état prolifératif exacerbé à huit semaines. Des analyses histologiques ont révélé la présence de cellules pro-inflammatoires et des signes de fibrose dans les travées entourant les nodules de régénération. Ceci était associé à une augmentation significative des marqueurs de l'inflammation (TNFa) et de la fibrose (TGFb, Col3a1 et Col6a1), suggérant une lésion hépatique significative chez les souris OGTdelta. Fait intéressant, alors que l'OGT était significativement réduite dans le foie des jeunes souris (quatre semaines), nous avons observé une ré-expression de l'OGT dans le foie de souris plus âgées (huit semaines) suggérant un phénotype de «compétition cellulaire» contre les cellules déficientes pour l'OGT. Dans le but de comprendre les mécanismes à l'origine de la ré-expression de l'OGT ainsi que le phénotype hépatique sévère observé à huit semaines, nous avons effectué une analyse transcriptomique comparant des souris âgées de quatre et huit semaines (OGTF vs OGTdelta). Ces analyses suggèrent que la perte d'OGT à quatre semaines provoque un stress ER et des dommages à l'ADN. La validation de ces données par RT-qPCR et Western blot révèle une augmentation des marqueurs de réponse antioxydante (Nrf2), de dommage à l'ADN (gammaH2AX) et au stress du réticulum endoplasmique (CHOP). De plus, plusieurs voies REACTOME sont enrichies dans le foie de souris OGTdelta âgées de huit semaines par rapport aux témoins tels que la formation de matrice extracellulaire, le système immunitaire inné, la modulation de plusieurs modificateurs épigénétiques et oncogènes ainsi que des récepteurs de tyrosine kinase, ce qui suggère le développement potentiel de tumeurs dans le foie des souris OGTdelta . Le suivi de ces souris jusqu'à l'âge d'un an révèle un dimorphisme sexuel où les mâles restaurent un foie de phénotype normal, alors que les femmes développent plusieurs structures ressemblant à des tumeurs. L'ensemble de nos résultats suggère un rôle essentiel pour l'OGT dans la physiologie hépatique.

O-GlcNAcylation is a dynamic and reversible post-translational modification mediated through the activity of only two enzymes called O-GlcNAc transferase (OGT) and O-GlcNAcase (OGA). OGT catalyzes the addition of a single N-acetylglucosamine (GlcNAc) from the molecule UDP-GlcNAc to serine or threonine residues on specific proteins modifying its stability, localization and transcriptional activation, while removal of O-GlcNAc is controlled by the OGA enzyme. Disruption of physiological levels of O-GlcNAcylation is related to abnormal cellular functions and pathologies including glucotoxicity, metabolic syndrome and cancer. To determine the metabolic consequences of a targeted deletion of the OGT enzyme in hepatocytes in vivo, we developed a model of mice with a liver-specific ablation of OGT (OGTdelta) by crossing OGTlox/lox with Alb-Cre mice. Surprisingly, these mice did not exhibit major disruption of metabolic homeostasis but showed a severe liver phenotype with the presence of numerous regeneration nodules visible after weaning. RT-PCR and western blot analyzes showed that the expression of cyclins A2, B1 and D1 was significantly increased in the liver of OGTdelta mice compared to controls suggesting an exacerbated proliferative state at eight-weeks. Histological analyzes revealed the presence of pro-inflammatory cells and signs of fibrosis in the spans surrounding the regeneration nodules. This was associated with a significant increase in markers of inflammation (TNFa) and fibrosis (TGFb,Col3a1 and Col6a1), suggesting significant liver injury in OGTdelta mice. Interestingly, while OGT was significantly reduced in livers of young mice (four week-old), we observed re-expression of OGT in livers of older mice (eight week-old) suggesting a « cell competition » phenotype against cell deficient for OGT. To better understand the mechanisms driving rescued expression of OGT as well as the phenotype of liver injury, we performed a microarray analysis comparing four- and eight-week-old mice (OGTF vs OGTdelta). These analyses suggested that loss of OGT at four weeks causes ER stress and DNA damage response. RT-qPCR and western blot validation further demonstrated an increase in ER stress (CHOP), antioxidant response (Nrf2) and DNA damage (gammaH2AX) markers. Furthermore, several REACTOME pathways were enriched in liver of eight week-old OGTdelta mice compared to controls such as extracellular matrix formation, innate immune system, modulation of several epigenetics modifiers and oncogenes as well as tyrosine kinase receptors suggesting the potential development of tumors in the liver of OGTdelta mice. Follow up of these mice over one year revealed a sexual dimorphism with females developing several tumor-like structures while males showed a normal liver phenotype. Altogether, our results suggest an essential role for OGT in liver physiology.