Caractérisation des fonctions de la protéine arginine méthyltransférase PRMT4/CARM1 dans les cancers du sein triple-négatifs

Characterisation of the functions of the protein arginine methyltransferase PRMT4/CARM1 in triple-negative breast cancer

• Auteur / Autrice : Sonia Ruggiero
• Direction : Thierry Dubois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du Cancer
• Date : Soutenance le 25/11/2025
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cancérologie, Biologie, Médecine, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Recherche translationnelle de l'Institut Curie (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut Curie - PSL
• Jury : Président / Présidente : Michaëla Fontenay
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Dubois, Jacqueline Lehmann-Che, Laurent Delva, Gaëlle Boncompain, Ludger Johannes
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jacqueline Lehmann-Che, Laurent Delva
• DOI : 10.70675/cd490c33z729az482az9644z2a5e08853e57

Mots clés

Mots clés libres

Carm1

Prmt4

Cstn

Cancer du sein

Méthylation

Isoformes

Carm1

Prmt4

Tnbc

Breast cancer

Methylation

Isoforms

Résumé

Le cancer du sein triple-négatifs (CSTN) représente le sous-type le plus agressif du cancer du sein, avec un risque élevé de rechute et de métastases. Dans le but d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques contre le CSTN, notre laboratoire a mis en évidence que certaines protéines arginine méthyltransférases sont plus exprimées dans les cancers du sein, par rapport aux tissus mammaires normaux. Parmi ces enzymes, CARM1 est particulièrement surexprimée dans les CSTN et est essentielle à la survie des cellules CSTN. CARM1 existe sous deux isoformes issues d’un épissage alternatif : une isoforme « full-length » minoritaire (CARM1-FL) et une isoforme majoritaire dépourvue de la région codée par l’exon 15 (CARM1-ΔE15). Peu d’études ont jusqu’à présent distingué ces deux variants de CARM1. CARM1 est principalement localisée dans le noyau, où elle joue un rôle clé dans la régulation de l’expression des gènes, intervenant ainsi dans des processus tels que le développement ou l’autophagie. Toutefois, une fraction cytoplasmique de CARM1 est également observée, dont la fonction demeure mal comprise. Dans le but de mieux caractériser les fonctions cytoplasmiques de CARM1, nous avons exploré son interactome dans les cellules CSTN. Nous avons ainsi découvert que CARM1 interagit avec TFG, une protéine résidente du compartiment intermédiaire entre le réticulum endoplasmique (RE) et l’appareil de Golgi (ERGIC), ainsi qu'avec plusieurs sous-unités du complexe AP1. TFG joue un rôle dans la voie de sécrétion précoce, facilitant le « uncoating » des vésicules COPII entre le RE et l’ERGIC, et également dans l’internalisation de l’EGFR. L’interaction entre CARM1 et TFG a été validée par co-immunoprécipitation. Nous avons montré que TFG est méthylée sur les résidus Arg-385 et Arg-400 dans les cellules CSTN, et que CARM1 est responsable de leur méthylation (au moins pour l’Arg-385). Sachant que la méthylation des arginines peut moduler les interactions protéine-protéine, nous avons recherché des partenaires de TFG sensibles à cette modification post-traductionnelle. Grâce à une approche de pull-down avec des peptides méthylés et non-méthylés, nous avons montré que le complexe WDR11/FAM91A1 interagit spécifiquement avec un peptide contenant l’Arg-385 diméthylée. Ce complexe est impliqué dans le transport rétrograde vers l’appareil de Golgi de vésicules dérivées du complexe AP1, comme celles qui transportent la protéine cargo CI-MPR. En examinant le transport vésiculaire de CI-MPR, nous avons observé un retard significatif de son adressage à l’appareil de Golgi lors de la déplétion de CARM1 ou de TFG, suggérant un rôle non encore décrit de CARM1 dans la régulation du transport rétrograde. Dans un second projet, nous avons cherché à déterminer si les isoformes de CARM1 régulaient des voies cellulaires distinctes dans les cellules CSTN. Pour cela, nous avons analysé des données transcriptomiques générées précédemment dans l’équipe. Une analyse bioinformatique révèle que la déplétion de CARM1-FL perturbe principalement l’expression de gènes impliqués dans la motilité cellulaire, tandis que la déplétion de CARM1-ΔE15 déclenche une réponse antivirale de type interféron. De plus, nous avons identifié que les deux isoformes régulent différemment l’épissage alternatif : CARM1-FL affecte majoritairement la rétention d’introns, tandis que CARM1-ΔE15 contrôle l’épissage d’exons mutuellement exclusifs. En conclusion, nos résultats révèlent une fonction cytoplasmique de CARM1 dans le transport rétrograde dans les cellules CSTN. Par ailleurs, les deux isoformes de CARM1 régulent différemment l’expression génique et l’épissage alternatif, mettant en évidence l’importance de les distinguer lorsque nous étudions les fonctions de CARM1. La caractérisation des voies de signalisation médiées par CARM1 pourrait permettre d’identifier des substrats ou leurs partenaires comme cibles thérapeutiques, offrant une toxicité moindre que l’inhibition directe de CARM1.

Triple-negative breast cancer (TNBC) is the most aggressive breast cancer subtype, associated with a higher risk of relapse and metastasis compared to other subgroups. In the search for novel therapeutic targets against TNBC, our laboratory uncovered that some members of the family of protein arginine methyltransferases are overexpressed in breast cancers compared to normal breast tissue. Among them, we found that CARM1 (Coactivator-Associated Arginine Methyltransferase 1) is significantly overexpressed in TNBC, and required for TNBC cell survival. CARM1 undergoes alternative splicing, giving rise to two isoforms: a minor full-length isoform (CARM1-FL) and a more abundant isoform lacking exon 15 (CARM1-ΔE15). Very few studies have distinguished between the two variants when studying CARM1. While CARM1 is a well-described regulator of gene expression in the nucleus, from where it modulates processes like development and autophagy, it is also present in the cytoplasm, where its function still remains elusive. With the aim of identifying cytoplasmic functions of CARM1 in TNBC cells, we characterised its interactome. We identified subunits of the AP1 complex and the TRK-fused gene (TFG), a resident protein in the endoplasmic reticulum (ER)-Golgi intercompartment (ERGIC), as partners of CARM1. TFG has been mainly described as a regulator of the early secretory pathway, where it favours the uncoating of COPII vesicles travelling from the ER to the ERGIC. Additionally, it regulates EGFR internalisation and endosome sorting in neurons. After validating CARM1–TFG interaction by coimmunoprecipitation, I found that TFG is methylated on Arg-385 and Arg-400 in TNBC cells, with Arg-385 being dimethylated by CARM1. Since arginine methylation can influence protein-protein interactions, we used a peptide-pull-down assay to identify methylation-sensitive interactors of arginine dimethylated TFG. With this approach, we found that the WDR11/FAM91A1 complex, which mediates retrograde transport of AP1-derived cargoes to the Golgi, interacts specifically with a TFG peptide only when Arg-385 is asymmetrically dimethylated. Therefore, I examined whether CARM1 and TFG control the retrograde transport of the AP1 cargo CI-MPR (cation-independent mannose 6-phosphate receptor). I found a significant delay in the targeting of CI-MPR to the Golgi when CARM1 is depleted, and a similar phenotype upon TFG depletion. These results unveil a novel role for CARM1 in regulating retrograde transport in TNBC cells. To examine whether CARM1 isoforms regulate different pathways in TNBC cells, my second aim was to identify the gene expression profiles and pre-mRNA splicing events specifically regulated by each of the two isoforms. I conducted a bioinformatic analysis of transcriptomic data that had been generated by the group prior to my arrival. While CARM1-FL depletion led to the deregulation of genes related to cell motility and migration, the depletion of CARM1-ΔE15 activates an interferon-mediated antiviral-like gene signature. In addition, we uncovered that the two isoforms differentially regulate alternative splicing: CARM1-FL mainly affects intron retention, while CARM1-ΔE15 modulates a mutually exclusive exons program. Overall, my results implicate that CARM1 and TFG are novel regulators of retrograde transport in TNBC cells. Furthermore, I uncovered that the two isoforms of CARM1 control distinct pathways through differential gene expression and pre-mRNA splicing, highlighting the importance of distinguishing between the two isoforms when analysing CARM1 functions. Characterising CARM1 functions in TNBC cells may propose downstream signalling pathways as therapeutic targets for TNBC. Indeed, targeting specific methylated substrates or their methyl-sensitive interactors may offer greater specificity and reduced toxicity compared to direct CARM1 inhibition.