PRMT1, un nouveau corégulateur de la signalisation de la progestérone dans le cancer du sein

Lucie Malbeteau

Résumé

Breast cancer progression is mainly driven by estrogen and progesterone signalling and therapies modulating oestrogen‘s action have improved the survival of ER+ cancer patients. As progesterone receptor (PR) is an ER target gene, its expression in breast cancer was considered as a predictive marker of ER functionality. However, recent studies are converging on the concept that PR can directly affect ER functions in breast cancer cells1. Activated PR can redirect ER to novel chromatin binding sites associated with cell differentiation and apoptosis, leading to a potential improvement of the tumour response to anti-oestrogen therapies. In considering the differential effects of progesterone in breast cancer, it is important to define the variable might influence progesterone pathway and the downstream mediators involved in this signalling. Recently, Beato and al reported that, in breast cancer cells, the unliganded form of PR (non-activated with progesterone) bind to genomic sites and target a repressive complex containing enzyme modifying chromatin as the demethylase LSD1 or the Heterochromatin Protein 1 (HP1γ)2. Under hormonal treatment, this complex is displaced, which makes it possible to recruit coactivators and associated cofactors, which modify the structure of the local chromatin and cause the activation or repression of the target genes of PR. In addition, cellular response to progesterone is also regulated by receptor post-translational modifications that may affect its stability, its subcellular localization and its interactions with regulators. In our study, we demonstrated for the first time that PR is methylated on arginine residues, by the arginine methyltransferase PRMT1. We identified as target the arginine 637 (R637), a conserved arginine among nuclear receptor superfamily, located in the DNA-binding domain of the receptor. By in vitro and in vivo approaches, we are studying the impact of PRMT1 on PR signalling pathways. In T47D breast cancer cells, we demonstrated that PR interacts with PRMT1, mainly in the nucleus. Of interest, PRMT1 interacts with PR in the nucleus in absence of hormone stimulation and it appears as a new member of the repressive complex on a subset of progesterone inducible genes. Our results also indicate that PRMT1 expression affects PR transcriptional activity and PRMT1 knockdown disrupts the rapid activation of protein kinase pathway after progestin stimulation. The production of an antibody directed against the methylated form of PR allowed us to specify that methylated-PR is localized in the nucleus of cells and was found only after progesterone treatment. Furthermore, PRMT1 depletion and mutation of R637 resulted in an inhibition of a subset of PR-regulated genes which led to retarded cell growth.Our data reveal the impact of PRMT1 expression on PR pathways and provide evidence for the asymmetric arginine dimethylation of PR. We therefore demonstrate that methylation on arginine residues could be a novel control mechanism in the response to progesterone in mammary tumor cells

La progression du cancer du sein repose principalement sur la signalisation des œstrogènes et de la progestérone, et les traitements modulant l’action des œstrogènes ont amélioré la survie des patientes atteintes d’un cancer à récepteurs œstrogéniques (ERα). Des études récentes convergent sur le concept selon lequel, dans les cancers du sein ER+, PR (Progesterone Receptor) peut inhiber les fonctions favorisant la croissance induite par l'œstrogène en reprogrammant directement la liaison d'ERα sur de nouveaux gènes cibles. Les données cliniques montrent que cette signature génique est associée à un bon pronostic dans une cohorte de 1.959 patientes atteintes de cancer du sein et qu’un agoniste de la progestérone améliore l'activité antiproliférative des thérapies anti-oestrogéniques1. Ainsi, ces données démontrent qu’ER n’est pas le seul acteur de la tumorigénèse mammaire et qu'il existe une interférence fonctionnelle entre ces deux voies hormonales, soulignant le besoin d’une meilleure compréhension de la signalisation de PR. D’un point de vue mécanistique, l’activité de PR est étroitement liée à l’interaction avec les nucléosomes. En effet, PR fonctionne comme un facteur « pionnier » et se lie à la chromatine au sein de complexes protéiques, régulant son activité transcriptionnelle. Sans progestérone, PR forme un complexe répressif associé à des enzymes modificatrices de la chromatine comme LSD1, HDAC1/2 et la protéine de l'hétérochromatine HP1γ2. En réponse au traitement hormonal, ce complexe est déplacé, ce qui permet de recruter des coactivateurs et des cofacteurs associés, qui modifient la structure de la chromatine locale et entraînent l'activation ou la répression des gènes cibles de PR. Nous avons identifié un nouveau régulateur de la signalisation de la progestérone, l'arginine méthyltransférase PRMT1, enzyme souvent surexprimée dans les cancers mammaires3,4. Par diverses approches in vitro et in vivo, nous avons montré une interaction directe entre PR et PRMT1, dans le noyau des cellules tumorales mammaires, et à la fois en absence d’hormone et après 1h de stimulation à la progestérone. De plus, PRMT1 apparaît comme un nouveau membre du complexe répressif sur la chromatine, associé à PR et à ses partenaires, dans un sous-ensemble de gènes inductibles par la progestérone. Nos résultats indiquent également que l’expression de PRMT1 affecte l’activité transcriptionnelle de PR et que son inhibition perturbe l’activation rapide de la voie de la protéine kinase après une stimulation progestative. Nous montrons pour la première fois que PR est méthylé sur un résidu arginine, conservé parmi les récepteurs nucléaires (R637), localisé dans son domaine de liaison à l'ADN. La production d’un anticorps dirigé contre la forme méthylée de PR nous a permis de préciser qu’elle se localisait dans le noyau des cellules et n’était retrouvée qu’après traitement progestatif. En outre, la mutation de R637 de PR entraine une diminution de l’expression d'un sous-ensemble de cibles de PR, ce qui entraine un retard de croissance cellulaire. En conclusion, ces résultats confirment l'implication de PRMT1 et de son activité méthyltransférase dans la signalisation de PR et plus particulièrement dans son activité transcriptionnelle. Nous démontrons donc que la méthylation sur résidus d'arginine est un nouveau mécanisme de contrôle lors de la réponse à la progestérone dans les cellules tumorales mammaires