Chromatin assembly factors and heterochromatin organization during cell prolifertaion, tumorigenesis and in quiescence
Facteurs d'assemblage de la chromatine et organisation de l'hétérochromatine du normal au pathologique
Résumé
In cancer cells, the organization of DNA in chromatin is frequently affected. Thus, it is crucial to understand how factors involved in chromatin organization contribute to tumorigenesis. Of particular interest in this context is the Chromatin Assembly Factor 1 (CAF-1). CAF-1 is a complex involved in chromatin assembly coupled to DNA synthesis, both during DNA replication and DNA repair. Two subunits of the CAF-1 complex are downregulated in quiescent cells and can be used as proliferation markers in cancer cells. In addition, CAF-1 has a role in the maintenance of the compact chromatin domains near the centromeres, called pericentric heterochromatin, through its interaction with Heterochromatin Protein 1 (HP1). Three HP1 isoforms (HP1α, β et γ) exist in mammalian cells, among which HP1α associates most specifically with pericentric heterochromatin regions. During my PhD, I have addressed two main questions: First, how do the three human HP1 isoforms relate to cell proliferation and tumorigenesis? Using both cell line models and tumoral and healthy human tissue samples, I showed that the expression of HP1α isoform, but not HP1β ou γ, is proliferation-dependent. Downregulation of HP1α, specifically, results in mitotic defects. In addition, HP1α, but not HP1β ou γ, is overexpressed in several tumoral tissues compared to the corresponding healthy tissues. In breast cancer, the level of HP1α overexpression significantly correlates with global survival and the occurence of metastasis. Our results suggest that HP1α overexpression confers a growth advantage to tumor cells that is related to the organization of pericentric heterochromatin and the passage of mitosis. We put forward HP1α as new prognostic marker in breast cancer and potentially other cancers. This study gave rise to the deposition of a patent and a publication in EMBO Molecular Medecine. The second main question I have addressed is: how do quiescent cells, which express CAF-1 at very low levels, deal with chromatin assembly coupled to DNA repair? This question is of particular interest since a differential repair capacity between tumoral (proliferative) cells and healthy (quiescent) cells will affect the efficiency and the toxicity of genotoxic cancer treatments, such as chemo- and radiotherapy Using ultra-violet (UV) irradiation as a means to induce DNA lesions, I was able to show that CAF-1 expression is not induced upon DNA damage and that the low levels of CAF-1 are sufficient for its recruitment to sites of UV lesions, suggesting that its function is conserved in quiescence. However, we observe a delayed repair of a specific type of UV lesions in quiescence. Our results suggest that the repair of these lesions might require additional chromatin dynamics, which would be the limiting step in quiescence, potentially due to the extremely low levels of CAF-1. These observations gave rise to a manuscript that is currently in preparation. In these two major projects, I have demonstrated how factors involved in chromatin organization are related to cell proliferation, tumorigenesis and, more generally, genome stability. In addition, we have been able to put forward a new marker of clinical interest for breast cancer prognosis.
Dans les cellules cancéreuses, des défauts affectant l'organisation d'ADN en chromatine sont fréquemment observés. L'étude de facteurs impliqués dans cette organisation est donc essentielle pour mieux appréhender leur implication dans la tumorigénèse. Un facteur particulièrement intéressant dans ce contexte est le facteur d'assemblage de la chromatine, le complexe CAF-1 (Chromatin Assembly Factor 1). CAF-1 est impliqué dans l'assemblage en chromatine de l'ADN lors de la réplication et la réparation de l'ADN. Deux sous-unités de CAF-1 sont sous-exprimés dans les cellules non-proliférantes (quiescentes) et constituent des marqueurs de prolifération dans le cancer. De plus, CAF-1 a un rôle au niveau des régions de chromatine dense proches des centromères, l'hétérochromatine péricentrique, par son interaction avec les protéines HP1 (Heterochromatin Protein 1). Il existe trois isoformes de HP1 dans les cellules mammaires (HP1α, β et γ), dont HP1α est le plus spécifiquement associé aux régions d'hétérochromatine péricentrique, impliqués dans la répression des gènes et la ségrégation des chromosomes. Pendant ma thèse, je me suis penchée sur deux questions majeures: Premièrement, est- ce que l'expression des isoformes de HP1 est régulée d'une façon dépendante de la prolifération et de la tumorigénèse ? En combinant des modèles de lignées cellulaires et des échantillons de tissu humain, j'ai pu montrer que l'expression de l'isoforme HP1α, mais pas HP1β ou γ, est dépendante de la prolifération. La déplétion de HP1α, spécifiquement, affecte le passage de la mitose. De plus, HP1α, mais pas HP1β ou γ, est surexprimé dans de nombreux types de cancer comparé aux tissus sains correspondants. La surexpression de HP1α dans le cancer du sein est corrélée de façon significative à la survie des patientes et la formation de métastases. Ces résultats révèlent HP1α comme un marqueur pronostique dans le cancer du sein et potentiellement dans d'autres types de cancer. Nous proposons que la surexpression de HP1α présente un avantage sélectif pour les cellules cancéreuses, liée à l'organisation de l'hétérochromatine péricentrique et le passage de la mitose. Ces résultats ont donné lieu à un brevet et à une publication dans EMBO Molecular Medecine. La seconde question à laquelle je me suis intéressée est : comment des cellules quiescentes, qui expriment peu de CAF-1, gèrent l'assemblage de la chromatine couplé à la réparation de l'ADN ? En effet, une capacité de réparation différente entre cellules proliférantes (tumorales) et quiescentes (saines) aura un impact majeur sur l'efficacité et la toxicité des traitements génotoxiques comme la chimio- et la radiothérapie. J'ai pu montrer que, dans les cellules quiescentes, les irradiations aux ultra-violets (UV) n'induisent pas l'expression de CAF-1. De plus, la faible quantité de CAF-1 est recrutée aux sites des lésions d'UV, suggérant que sa fonction dans la réparation est conservée hors du cycle cellulaire. Cependant, en quiescence, nous observons une réparation retardée d'un type spécifique de lésions, qui reflète potentiellement une difficulté des cellules quiescentes à gérer la prise en charge de ces lésions au sein de la chromatine. Ces résultats font l'objet d'un manuscrit actuellement en préparation. Dans ces deux projets majeurs, j'ai mis en avant comment des facteurs de l'organisation de la chromatine peuvent être impliqués dans la prolifération, la tumorigénèse et la réparation d'ADN suite à des traitements génotoxiques. De plus, nous avons pu proposer un nouvel outil d'intérêt médical pour le pronostique des cancer du sein.
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