Le rôle de l'histone méthyltransférase SETD2 dans la sénescence

The function of the histone methiltransferase SETD2 in senescence

• Auteur / Autrice : Mahdia Abdi Galab
• Direction : Didier Trouche, Estelle Nicolas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique moléculaire
• Date : Soutenance le 17/07/2023
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Jury : Président / Présidente : Slimane Ait-Si-Ali
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Trouche, Estelle Nicolas, Vincent Cavailles, Carl Mann, Véronique Gire
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Vincent Cavailles, Carl Mann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chromatine

Histone méthyltransférases

Vieillissement

Cellules

Mots clés libres

Sénescence cellulaire

SETD2

Histone methyltransferase

Chromatine

Cellular senescence

SETD2

Histon methyltransferase

Chromatin

Résumé

La sénescence cellulaire se définit comme un arrêt stable de prolifération cellulaire en réponse à divers stress, tels que les dommages à l'ADN ou encore l'activation d'oncogène (OIS). L'entrée en sénescence induite par l'activation d'oncogène est précédée par une phase d'hyperprolifération et de stress réplicatif qui active la voie de réponse aux dommages à l'ADN. La sénescence constitue une barrière efficace contre le cancer puisqu'elle inhibe la prolifération des cellules ayant subi des dommages importants de l'ADN. Les cellules sénescentes présentent un programme génique spécifique et expriment différents marqueurs tels qu'un sécrétome particulier appelé le SASP (Senescence-associated secretory phenotype). Le SASP induit une réponse inflammatoire permettant l'élimination des cellules sénescentes par le système immunitaire mais est également impliqué dans les maladies liées à l'âge. Une autre caractéristique de la sénescence induite par l'activation d'oncogène est la réorganisation spatiale de la chromatine avec la formation des foyers d'hétérochromatine appelés SAHFs (Senescence Associated Heterochromatin Foci). Les SAHFs sont des structures denses de l'ADN, composés de deux couches non superposées de marques de l'hétérochromatine (un noyau de H3K9me3 entouré par H3K27me3), et exclues d'une couche additionnelle de marque d'euchromatine (H3K36me3). H3K36me3 est établie de manière co-transcriptionnelle par SETD2, une protéine tumeur suppresseur mutée dans divers cancers tels que le cancer du sein et le carcinome rénal. Mais à l'heure actuelle, l'implication de SETD2 et H3K36me3 dans la sénescence et la formation des SAHFs demeure non élucidé. Nous avons montré que le niveau d'expression de SETD2 diminue en sénescence induite par l'activation de l'oncogène RAF1. Une hypothèse est que la diminution de l'expression de SETD2 favorise l'entrée des cellules en sénescence. Afin de confirmer cette hypothèse, nous avons inhibé l'expression de SETD2 par des siRNA ou par CRISPRi dans des cellules en prolifération et réalisé du RNA-seq brin spécifique. L'analyse du RNA-seq montre que la déplétion de SETD2 entraine la dérégulation de 55 gènes et la surexpression de plusieurs ARN antisens ainsi que des ARNs provenant de défaut de terminaison de la transcription (read-through transcriptionnel) qui sont induits durant la sénescence induite par RAF1. Mes résultats récents montrent que l'inhibition de l'expression de SETD2 favorise également l'activation de gènes du SASP. Par ailleurs, nous avons montré que la déplétion de SETD2 s'accompagne d'une augmentation de dommages à l'ADN mais aussi d'une augmentation des cellules passant la phase S. Ainsi, la déplétion de Setd2 n'entraine pas d'arrêt de la prolifération qui est associé à l'induction de la sénescence. Une hypothèse à tester serait que la diminution de SETD2 pourrait induire une phase d'hyperprolifération et un stress réplicatif. Mes résultats suggèrent ainsi que la diminution de SETD2 en sénescence pourrait participer à l'induction d'ARN antisens et read-through spécifiques de la sénescence, à l'induction de gènes du SASP ainsi qu'à l'activation de la réponse aux dommages à l'ADN.

Cellular senescence is defined as a stable arrest of cell proliferation in response to diverse stresses, such as DNA damage or oncogene activation. In oncogene-induced senescence (OIS), the entry of cells into senescence is preceded by a phase of hyperproliferation and replicative stress that activates the DNA damage response pathway. Cellular senescence is an effective anticancer mechanism because it inhibits the proliferation of cells exposed to significant DNA damage. Senescent cells have a specific gene program and express different markers such as a particular secretome called SASP (Senescence-associated secretory phenotype). SASP induces an inflammatory response allowing the elimination of senescent cells by the immune system but it is also involved in age-related diseases. Another characteristic of oncogene induced senescence is a large-scale chromatin reorganization with the formation of heterochromatin foci called SAHFs (Senescence Associated Heterochromatin Foci). These SAHFs are dense foci of DNA composed of two non-overlapping layers of heterochromatin marks (a core of H3K9me3 surrounded by H3K27me3) and excluded from an additionnal layer of euchromatin mark (H3K36me3). H3K36me3 is co-transcriptionally established by SETD2, a tumor suppressor protein mutated in various cancers such as breast cancer and renal cell carcinoma. Nevertheless, the involvement of SETD2 and H3K36me3 in senescence and SAHF formation remains to be explored. We showed that the expression levels of SETD2 decreases during RAF1 oncogene induced senescence. One hypothesis is that the decrease of SETD2 expression favours the entry of cells into senescence. To confirm this hypothesis, SETD2 expression was inhibited by RNAi or CRISPRi in proliferating and then we performed strand-specific RNA-seq. RNA-seq analysis showed that SETD2 depletion results in the deregulation of 55 genes and the up-regulation of several antisense RNAs as well as read-through RNAs that are due to a transcription termination defects (transcriptional read-through), which are up-regulated during RAF1-induced senescence. We also found that inhibition of SETD2 expression promotes the activation of SASP genes. Furthermore, we showed that SETD2 depletion is accompanied by an increase in DNA damage but also by an increase in cells passing the S phase, suggesting that SETD2 depletion could induce a hyperproliferation phase and replicative stress. My results thus suggest that the decrease of SETD2 in senescence could participate in the induction of senescence-specific antisense and read-through RNAs, the induction of SASP genes as well as the activation of the DNA damage response.