E4F1-mediated control of pyruvate dehydrogenase activity is essential for skin homeostasis.

The multifunctional protein E4 transcription factor 1 (E4F1) is an essential regulator of epidermal stem cell (ESC) maintenance. Here, we found that E4F1 transcriptionally regulates a metabolic program involved in pyruvate metabolism that is required to maintain skin homeostasis. E4F1 deficiency in basal keratinocytes resulted in deregulated expression of dihydrolipoamide acetyltransferase (Dlat), a gene encoding the E2 subunit of the mitochondrial pyruvate dehydrogenase (PDH) complex. Accordingly, E4f1 knock-out (KO) keratinocytes exhibited impaired PDH activity and a redirection of the glycolytic flux toward lactate production. The metabolic reprogramming of E4f1 KO keratinocytes associated with remodeling of their microenvironment and alterations of the basement membrane, led to ESC mislocalization and exhaustion of the ESC pool. ShRNA-mediated depletion of Dlat in primary keratinocytes recapitulated defects observed upon E4f1 inactivation, including increased lactate secretion, enhanced activity of extracellular matrix remodeling enzymes, and impaired clonogenic potential. Altogether, our data reveal a central role for Dlat in the metabolic program regulated by E4F1 in basal keratinocytes and illustrate the importance of PDH activity in skin homeostasis

Détermination des fonctions de la protéine multifonctionnelle E4F1 au cours de l'homéostasie et de la tumorigenèse cutanée

The multifunctional protein E4F1 is an essential regulator of normal skin homeostasis. During my Phd, I demonstrated that E4f1 inactivation in adult skin results in stem cell autonomous defects causing exhaustion of the epidermal stem cell (ESC) pool. At the molecular level, I identified E4F1 as a new regulator of the pyruvate dehydrogenase complex (PDC) in keratinocytes, an essential mitochondrial complex that converts pyruvate into Acetyl-CoEnzyme A. Using genetically engineered mouse models, I showed that E4F1-mediated control of PDH activity is required to maintain normal skin homeostasis. Consistently, E4F1 deficiency in basal keratinocytes resulted in deregulated expression of dihydrolipoamide acetlytransferase (Dlat), a gene encoding the E2 subunit of the PDC, and impaired PDH activity. The metabolic reprogramming of E4f1 KO keratinocytes associated with the redirection of the glycolytic flux towards lactate production and increased lactate secretion in their microenvironment, leading to enhanced activity of extra-cellular-matrix remodelling proteases Finally, these defects ended in alterations of the basement membrane, ESC mislocalization and the exhaustion of the ESC pool. In the second part of my thesis, I have evaluated the role of E4F1-mediated control of the PDC in melanocytes and showed that the metabolic activities of E4F1 are important for melanocyte function. Consistently, mice with E4f1-deficient melanocytes exhibited hair graying and skin pigmentation defects. Altogether, my data demonstrate the importance of E4f1-mediated control of pyruvate metabolism for normal skin homeostasis.L’étude des réseaux protéiques perturbés au cours de l’infection par les petits virus oncogéniques amena, vers la fin des années 80, à la découverte de nombreux régulateurs clés de la division et de la survie cellulaire. Parmi ceux-ci, la protéine E4F1 fût initialement identifiée comme une cible de l’oncoprotéine virale E1A. Originellement identifié comme un facteur de transcription, E4F1 est également une ubiquitine-E3 ligase atypique pour d'autres facteurs de transcription tel que le suppresseur de tumeurs p53. Au travers de ses multiples activités, E4F1 est nécessaire à la prolifération des cellules somatiques et souches, et à la survie des cellules cancéreuses. De plus, les travaux de différents laboratoires dont le mien suggèrent qu’E4F1 se situe au carrefour de plusieurs voies de signalisation qui sont fréquemment altérées au cours de l’oncogenèse, et notamment la voie impliquant le suppresseur de tumeurs p53. Afin d’étudier les fonctions physiologiques in vivo d’E4f1, mon laboratoire d’accueil a développé plusieurs modèles de souris génétiquement modifiées. La caractérisation de ces modèles a permis de mettre en évidence un rôle majeur d'E4F1 dans l'homéostasie de la peau. Plus précisément, E4F1 régule le pool de cellules souches de l'épiderme au travers de son rôle dans une voie de signalisation qui implique la protéine p53 et deux de ces régulateurs en amont: Arf et Bmi1. Cependant, il semble que les effets d'E4F1 dans le contrôle du maintien des cellules souches s'étendent au delà de son rôle sur cette voie de signalisation. En effet, j'ai récemment pu démontrer qu'E4F1, au travers de ces fonctions transcriptionnelles, régule directement l'expression d'un sous-groupe de gènes impliqués dans la régulation de l'activité de la pyruvate déshydrogénase (PDH). La PDH est un complexe multimérique situé dans la mitochondrie qui catalyse la décarboxylation du pyruvate (le produit final de la glycolyse) en acétyl coenzyme A (AcCoA), liant ainsi le métabolisme du pyruvate au cycle de Krebs. J’ai pu montrer que l’inactivation d’E4f1 spécifiquement dans l'épiderme conduisait à une diminution importante de l’activité de PDH et à une reprogrammation métabolique de ces cellules. Cette reprogrammation a pour conséquence d'altérer le micro-environnement des cellules souches qui conduit à leur détachement de leur niche et aboutit in fine à une absence du renouvellement de l'épiderme. Cette partie de mes travaux a donc permis d'illustrer pour la première fois l'importance du métabolisme du pyruvate dans l'homéostasie des cellules souches de la peau. Sur la base de ces résultats, je poursuis l'analyse des fonctions d’E4f1 dans l'homéostasie de la peau en étudiant son rôle dans d'autres types cellulaires tels que les mélanocytes

β-cell-specific deletion of PFKFB3 restores cell fitness competition and physiological replication under diabetogenic stress

HIF1α and PFKFB3 play a critical role in the survival of damaged β-cells in type–2 diabetes while rendering β-cells non-responsive to glucose stimulation. To discriminate the role of PFKFB3 from HIF1α in vivo, we generated mice with conditional β-cell specific disruption of the Pfkfb3 gene on a human islet pancreatic polypeptide (hIAPP+/−) background and a highfat diet (HFD) [PFKFB3βKO + diabetogenic stress (DS)]. PFKFB3 disruption in β-cells under DS led to selective purging of hIAPP-damaged β-cells and the disappearance of insulin- and glucagon positive bihormonal cells. PFKFB3 disruption induced a three-fold increase in β-cell replication as evidenced by minichromosome maintenance 2 protein (MCM2) expression. Unlike high-, lower DS or switch to restricted chow diet abolished HIF1α levels and reversed glucose intolerance of PFKFB3βKO DS mice. Our data suggest that replication and functional recovery of β-cells under DS depend on β-cell competitive and selective purification of HIF1α and PFKFB3-positive β-cells.Larry Hillblom Foundationhttps://www.nature.com/commsbiodm2022Pharmacolog

E4F1-mediated control of pyruvate dehydrogenase activity is essential for skin homeostasis

International audienc

E4F1 controls a transcriptional program essential for pyruvate dehydrogenase activity

The mitochondrial pyruvate dehydrogenase (PDH) complex (PDC) acts as a central metabolic node that mediates pyruvate oxidation and fuels the tricarboxylic acid cycle to meet energy demand. Here, we reveal another level of regulation of the pyruvate oxidation pathway in mammals implicating the E4 transcription factor 1 (E4F1). E4F1 controls a set of four genes [dihydrolipoamide acetlytransferase (Dlat), dihydrolipoyl dehydrogenase (Dld), mitochondrial pyruvate carrier 1 (Mpc1), and solute carrier family 25 member 19 (Slc25a19)] involved in pyruvate oxidation and reported to be individually mutated in human metabolic syndromes. E4F1 dysfunction results in 80% decrease of PDH activity and alterations of pyruvate metabolism. Genetic inactivation of murine E4f1 in striated muscles results in viable animals that show low muscle PDH activity, severe endurance defects, and chronic lactic acidemia, recapitulating some clinical symptoms described in PDC-deficient patients. These phenotypes were attenuated by pharmacological stimulation of PDH or by a ketogenic diet, two treatments used for PDH deficiencies. Taken together, these data identify E4F1 as a master regulator of the PDC