Implication de glycosyltransférases dans la tumorigenèse colorectale : POFUT1 et ST3GAL2

Involvement of glycosyltransferases in colorectal tumorogenesis : POFUT1 and ST3GAL2

• Auteur / Autrice : Marlene Deschuyter
• Direction : Abderrahman Maftah, Jean-Michel Petit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 23/11/2021
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Biologiques et Santé (Limoges ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Agroressources, Biomolécules et Chimie pour l'Innovation en Santé (Limoges ; 2018-)
• Jury : Président / Présidente : François Labrousse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abderrahman Maftah, Jean-Michel Petit, Mohamed Ouzzine
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Laurent Morel, Ikram El Yazidi-Belkoura

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cancer colorectal

Glycosyltransférases

Mots clés libres

Cancer colorectal

POFUT1

EGF-like

ST3GAL2

RNA-Seq

Knock-down

HT29

Glycoprotéines

Colorectal cancer

POFUT1

EGF-like

ST3GAL2

RNA-Seq

Knock-down

HT29

Glycoproteins

Résumé

Le cancer colorectal est un problème de santé mondial, caractérisé par de nombreuses modifications géniques, notamment des changements d’expressions de glycosyltransférases.La protéine O-fucosyltransférase 1 (POFUT1) est surexprimée dans plusieurs types de tumeurs, les tumeurs gastriques, hépatiques, mammaires ou encore colorectales. Cette enzyme catalyse le transfert d’un O-fucose sur une sérine ou une thréonine de motifs EGF-like, selon une séquence consensus de O-fucosylation C2-X1-4-S/T-C3. Les protéines cibles de POFUT1 ont été identifiées sur la présence de cette séquence consensus, la plus étudiée étant le récepteur membranaire NOTCH. Dans les tumeurs colorectales, la surexpression est due à une amplification de la région chromosomique 20q11.21 dans laquelle se situe le gène POFUT1. Dans de rares cas où POFUT1 n’est ni surexprimé ni amplifié, on retrouve 7 mutations dans la séquence codante de POFUT1 sans que les conséquences fonctionnelles de ces dernières ne soient connues. Ce travail révèle que 6 des 7 variants protéiques de POFUT1 produits de façon recombinante ont des activités de O-fucosylation in vitro significativement supérieures à la forme sauvage de l’enzyme, en particulier sur le motif EGF 26 du récepteur NOTCH. Ces résultats laissent supposer que des patients possédant ces mutations de POFUT1 ont une activité de O-fucosylation supérieure qui favoriserait la tumorigenèse via entre autres la voie de signalisation NOTCH.Après une étude approfondie de l’expression des sialyltransférases dans les bases de données RNA-Seq, ST3GAL2 s’est avéré être le seul gène codant une sialyltransférase significativement surexprimé dans les tumeurs colorectales. Ce travail de recherche montre qu’un KD de ST3GAL2 dans une lignée cancéreuse colorectale aboutit à une diminution significative des capacités de prolifération, migration et d’invasion des cellules, à un changement de la répartition des cellules dans le cycle cellulaire et à une augmentation de la mort cellulaire par apoptose in vitro. Des xénogreffes de ces mêmes cellules chez des souris montrent que le KD de ST3GAL2 ralentit l’évolution tumorale. Nous montrons que le KD de ST3GAL2 altère l’⍺2-3 sialylation de glycoprotéines membranaires ainsi que de glycolipides. ST3GAL2 pourrait être considéré comme un nouvel oncogène impliqué, avec POFUT1, dans la tumorogenèse colorectale. Tous deux partageraient un régulateur commun, SMC1A, capable de se fixer sur les séquences des deux gènes et également surexprimé dans les tumeurs colorectales.

Colorectal cancer is a global health problem characterized by numerous gene alterations, including changes in the expression of glycosyltransferases. The protein O-fucosyltransferase 1 (POFUT1) is overexpressed in several tumor types, including gastric, liver, breast and colorectal tumors. This enzyme catalyzes the transfer of an O-fucose onto a serine or threonine of EGF-like motifs, according to a consensus O-fucosylation sequence C2-X1-4-S/T-C3. POFUT1 target proteins have been identified on the presence of this consensus sequence, the most studied being the membrane receptor NOTCH. In colorectal tumors, overexpression is due to an amplification of the 20q11.21 chromosomal region in which the POFUT1 gene is located. In rare cases where POFUT1 is neither overexpressed nor amplified, 7 mutations are found in the coding sequence of POFUT1 without knowing the consequences. This work reveals that 6 of the 7 recombinantly produced POFUT1 protein variants have significantly higher in vitro O-fucosylation activities in vitro than the wild-type form of the enzyme, more particularly on the EGF motif 26 of the NOTCH receptor. These results suggest that patients with these POFUT1 mutations have a higher O-fucosylation activity that would promote tumorigenesis via NOTCH signaling pathway, among others.After an extensive study of sialyltransferase expression in RNA-Seq databases, ST3GAL2 was found to be the only gene encoding a sialyltransferase significantly overexpressed in colorectal tumors. Our works shows that a KD of ST3GAL2 in a colorectal cancer line results in a significant decrease in cell proliferation, migration and invasion capacities, a change in cell cycle distribution and an increase in cell death by apoptosis in vitro. Xenografts of these same cells in mice show that the KD of ST3GAL2 slows tumor progression. We show that the KD of ST3GAL2, alters the ⍺2-3 sialylation of glycolipids as well as membrane glycoproteins. ST3GAL2 could be considered a novel oncogene involved, along with POFUT1, in colorectal tumorigenesis. Both would share a common regulator, SMC1A, also overexpressed in colorectal tumors, able of binding to both gene sequences to promote their expression.