La dérégulation de la répression transcriptionnelle contrôlée par le récepteur de l'acide rétinoïque (RAR) dans les cancers : bases moléculaires et structurales.

Deregulation of RAR-mediated gene repression in cancers: molecular and structural basis

• Auteur / Autrice : Izabella Tambones
• Direction : Albane Le maire, William Bourguet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le 08/11/2021
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CBS - Centre de Biologie Structurale
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Les récepteurs nucléaires, intégrateurs de signaux endogènes et environnementaux

Mots clés

Mots clés libres

Cancer

Biologie structurale

Interactions

Dynamique structurale

Récepteur nucléaire

CryoEM

Interactions

Structural biology

Structural dynamics

Cancer

CryoEM

Nuclear receptor

Résumé

Le récepteur de l'acide rétinoïque (RAR) est un facteur de transcription appartenant à la famille des récepteurs nucléaires qui jouent de multiples rôles dans le développement et la différenciation des vertébrés. RAR se lie sous la forme d'hétérodimère avec le récepteur X du rétinoïde (RXR) à des séquences d'ADN spécifiques (éléments de réponse dépendant de l'acide rétinoïque, RARE). En l'absence de son ligand, RAR agit comme un répresseur transcriptionnel en recrutant des complexes corépresseurs au niveau de ses gènes cibles. Cette répression constitutive est cruciale dans la reproduction, le développement et l'homéostasie des métazoaires. Cependant, ses déterminants moléculaires spécifiques restent obscurs. En réponse à la liaison à l'acide rétinoïque (ATRA), RAR se dissocie des corépresseurs, lie les coactivateurs, induit l'expression des gènes cibles et favorise la différenciation des cellules myéloïdes immatures en granulocytes matures. La leucémie promyélocytaire aigüe (APL) provient de différentes translocations chromosomiques qui créent des protéines de fusion x-RAR, dont PML-RAR et PLZF-RAR. Contrairement à RAR, ces protéines de fusion x-RAR ne parviennent pas à libérer correctement les corépresseurs en réponse à l'ATRA et fonctionnent comme inhibiteurs négatif dominants de l'expression des gènes cibles et de la différenciation des cellules myéloïdes immatures en granulocytes matures. Alors que de nombreuses études structurales, biochimiques et génétiques ont révélé en détail les mécanismes d'action et le rôle des coactivateurs dans la régulation transcriptionnelle par RAR, les bases moléculaires de l'interaction de RAR avec les corépresseurs et l'impact physiologique de la répression des gènes sont beaucoup moins décrits. Ainsi, il y a un grand besoin de déchiffrer la complexité et la régulation fine des interactions au sein du complexe RAR/RXR-corépresseur, puisque la perturbation de l'équilibre de ce système induit des dysfonctionnements de la régulation génétique et la cancérogenèse. De plus, en dépit d'informations importantes sur le fonctionnement de PML-RAR (et dans une moindre mesure des autres protéines de fusion), la question de savoir quels sont les déterminants cruciaux de l'activité oncogénique des protéines x-RAR reste ouverte. L'objectif du projet de thèse est de fournir une description structurale, à l'échelle moléculaire et atomique, de l'activité répressive de RAR dans des situations normales et pathologiques. Grâce à un large éventail de méthodes structurales et de biophysique (cristallographie aux rayons X, résonnance magnétique nucléaires (RMN), diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS), et cryo-microscopie électronique (cryoEM), smFRET, HDX-MS, anisotropie de fluorescence), le projet de thèse apportera de nouvelles connaissances sur la structure atomique et la dynamique de l'ensemble des complexes régulateurs impliquant RAR ou les protéines de fusions pathologiques x-RAR en complexe avec les corépresseurs et liés à différents éléments de réponse de l'ADN. Des essais cellulaires ainsi que des études in vivo, en collaboration avec P. Germain (CBS) et avec H. de Thé (Collège de France) seront également combinées à ces études structurales afin de proposer une description complète des mécanismes moléculaires utilisés par RAR pour finement contrôler l'expression de ses gènes cibles. Ces données structurales fourniront de nouvelles opportunités et bases rationnelles pour le développement de stratégies thérapeutiques innovantes capables de moduler les interactions aberrantes et/ou les activations anormales impliquées dans l'APL et d'autres cancers et pathologies sensibles aux rétinoïdes.

RAR is a transcription factor belonging to the nuclear receptor (NR) superfamily that plays multiple roles in vertebrate development and differentiation. RAR binds as heterodimer with retinoid X receptor (RXR) to specific DNA sequences (RA response element, RARE). In the absence of ligand, the RAR/RXR heterodimer recruits a repression complex, whereas in response to all trans retinoic acid (ATRA) binding, RAR dissociates from corepressors (CoRs), binds coactivators (CoAs), induces target gene expression, and promotes differentiation of immature myeloid cells into mature granulocytes. Notably, the constitutive gene repression by RAR is crucial in metazoan reproduction, development and homeostasis. However, the structural organization of RAR/RXR-CoR complexes on DNA is still unknown. Acute promyelocytic leukemias (APLs) arise from chromosomal translocations that create x-RAR fusion proteins, among them PML-RAR and PLZF-RAR. Unlike RAR, these x-RAR proteins fail to release properly CoRs in response to ATRA and function as dominant-negative inhibitors of target gene expression and of myeloid cell differentiation. However, the structural basis of the increased repression activity observed for x-RAR fusion proteins as compared with wt RAR are not described.There is still a great need to decipher the complexity and delicacy of protein-protein interaction within the RAR/RXR-CoR complex, since disruption of this system shifts the balance toward abnormal gene regulation and development of malignancies. Despite important insights on PML-RAR, (and to a lesser extent on PLZF-RAR) functioning, the question still remains as to what are the crucial determinants for xRAR proteins defective activity. The objective of the PhD project is to provide a structural description, at the molecular and atomic level, of the repressive activity of RAR in normal and pathological situations. Using a wide range of structural and biophysical methods (X-ray crystallography, nuclear magnetic resonance (NMR), small-angle X-ray scattering (SAXS), electron cryo-microscopy (cryoEM), smFRET, HDX-MS and fluorescence anisotropy), the PhD project will bring new knowledge on the atomic structure and dynamics of regulatory complexes involving RAR or pathological fusion proteins x-RAR in complex with the corepressors and bound to different DNA response elements. The structural description of RAR and x- RAR function determinants could constitute a rational basis for the design of modulators with therapeutic applications.