Elk-1 a Transcription Factor with Multiple Facets in the Brain

The ternary complex factor (TCF) Elk-1 is a transcription factor that regulates immediate early gene (IEG) expression via the serum response element (SRE) DNA consensus site. Elk-1 is associated with a dimer of serum response factor (SRF) at the SRE site, and its phosphorylation occurs at specific residues in response to mitogen-activated protein kinases (MAPKs), including c-Jun-N terminal kinase (JNK), p38/MAPK, and extracellular-signal regulated kinase (ERK). This phosphorylation event is critical for triggering SRE-dependent transcription. Although MAPKs are fundamental actors for the instatement and maintenance of memory, and much investigation of their downstream signaling partners have been conducted, no data yet clearly implicate Elk-1 in these processes. This is partly due to the complexity of Elk-1 sub-cellular localization, and hence functions, within neurons. Elk-1 is present in its resting state in the cytoplasm, where it colocalizes with mitochondrial proteins or microtubules. In this particular sub-cellular compartment, overexpression of Elk-1 is toxic for neuronal cells. When phosphorylated by the MAPK/ERK, Elk-1 translocates to the nucleus where it is implicated in regulating chromatin remodeling, SRE-dependent transcription, and neuronal differentiation. Another post-translational modification is the conjugation to SUMO (Small Ubiquitin-like MOdifier), which relocalizes Elk-1 in the cytoplasm. Thus, Elk-1 plays a dual role in neuronal functions: pro-apoptotic within the cytoplasm, and pro-differentiation within the nucleus. To address the role of Elk-1 in the brain, one must be aware of its multiple facets, and design molecular tools that will shut down Elk-1 expression, trafficking, or activation, in specific neuronal compartments. We summarize in this review the known molecular functions of Elk-1, its regulation in neuronal cells, and present evidence of its possible implication in model systems of synaptic plasticity, learning, but also in neurodegenerative diseases

The cholesterol 24-hydroxylase activates autophagy and decreases mutant huntingtin build-up in a neuroblastoma culture model of Huntington’s disease

Objective Compromised brain cholesterol turnover and altered regulation of brain cholesterol metabolism have been allied with some neurodegenerative diseases, including Huntington’s disease (HD). Following our previous studies in HD, in this study we aim to investigate in vitro in a neuroblastoma cellular model of HD, the effect of CYP46A1 overexpression, an essential enzyme in cholesterol metabolism, on huntingtin aggregation and levels. Results We found that CYP46A1 reduces the quantity and size of mutant huntingtin aggregates in cells, as well as the levels of mutant huntingtin protein. Additionally, our results suggest that the observed beneficial effects of CYP46A1 in HD cells are linked to the activation of autophagy. Taken together, our results further demonstrate that CYP46A1 is a pertinent target to counteract HD progression.This work was supported by Brainvectis and E.rare: E-Rare Joint Transnational Call for Proposals 2017 “Transnational Research Projects for Innovative Therapeutic Approaches for Rare Diseases”. CN laboratory is supported by the French Muscular Dystrophy Association (AFM-Téléthon), the Ataxia UK, and the Fundação para a Ciência e Tecnologia (project ALG-01-0145-FEDER-29480 “SeGrPolyQ”). AM is supported by a Ph.D. fellowship from FCT (SFRH/BD/133192/2017)info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Dopamine D2 Receptor Stimulation Potentiates PolyQ-Huntingtin-Induced Mouse Striatal Neuron Dysfunctions via Rho/ROCK-II Activation

Huntington's disease (HD) is a polyglutamine-expanded related neurodegenerative disease. Despite the ubiquitous expression of expanded, polyQ-Huntingtin (ExpHtt) in the brain, striatal neurons present a higher susceptibility to the mutation. A commonly admitted hypothesis is that Dopaminergic inputs participate to this vulnerability. We previously showed that D2 receptor stimulation increased aggregate formation and neuronal death induced by ExpHtt in primary striatal neurons in culture, and chronic D2 antagonist treatment protects striatal dysfunctions induced by ExpHtt in a lentiviral-induced model system in vivo. The present work was designed to elucidate the signalling pathways involved, downstream D2 receptor (D2R) stimulation, in striatal vulnerability to ExpHtt.Using primary striatal neurons in culture, transfected with a tagged-GFP version of human exon 1 ExpHtt, and siRNAs against D2R or D1R, we confirm that DA potentiates neuronal dysfunctions via D2R but not D1R stimulation. We demonstrate that D2 agonist treatment induces neuritic retraction and growth cone collapse in Htt- and ExpHtt expressing neurons. We then tested a possible involvement of the Rho/ROCK signalling pathway, which plays a key role in the dynamic of the cytoskeleton, in these processes. The pharmacological inhibitors of ROCK (Y27632 and Hydroxyfasudil), as well as siRNAs against ROCK-II, reversed D2-related effects on neuritic retraction and growth cone collapse. We show a coupling between D2 receptor stimulation and Rho activation, as well as hyperphosphorylation of Cofilin, a downstream effector of ROCK-II pathway. Importantly, D2 agonist-mediated potentiation of aggregate formation and neuronal death induced by ExpHtt, was totally reversed by Y27632 and Hydroxyfasudil and ROCK-II siRNAs.Our data provide the first demonstration that D2R-induced vulnerability in HD is critically linked to the activation of the Rho/ROCK signalling pathway. The inclusion of Rho/ROCK inhibitors could be an interesting therapeutic option aimed at forestalling the onset of the disease

Rôles des récepteurs du glutamate et de la dopamine dans l activation de l Extracellular-signal Regulated Kinase (ERK) par les psychostimulants dans le striatum

Les drogues d abus augmentent de la concentration extracellulaire de dopamine et induisent la phosphorylation de l Extracellular-signal Regulated Kinase (ERK) dans le striatum. L activation de ERK par la cocaïne est dépendante de la stimulation des D1R et des récepteurs glutamatergiques NMDA (NMDAR) et joue un rôle clé dans les effets comportementaux à long terme. La voie de transduction du signal D1R/AMPc/PKA est importante pour l activation de ERK, par un mécanisme impliquant la DARPP-32 (dopamine- and cAMP-regulated phosphoprotein of Mr 32,000). De plus, l activation de ERK par la cocaïne, résulte d une potentialisation de la fonction des NMDAR, déclenchée par les D1R. Cette potentialisation dépend de la phosphorylation sur tyrosine de la sous-unité NR2B des NMDAR, via l activation de kinases de la famille de Src (SFKs). Ainsi, l influx calcique dépendant de la cascade D1R/SFKs/N2RB déclenche l activation de ERK en réponse à la cocaïne. D autre part, la voie D1R/AMPc/PKA/DARPP-32 révèle cet évènement, en inhibant des phosphatases de la voie ERKPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Rôle de la protéine MSK-1 dans le remodelage de la chromatine et la neuroprotection dans un modèle murin de la maladie de Huntington

La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative résultant d une expansion anormale de polyglutamine dans la partie N-terminale de la protéine Huntingtine. Cette expansion entraine une agrégation de la protéine mutée (Exp-HTT), causant des dysfonctions neuronales et la mort des neurones striataux. MSK-1, protéine nucléaire impliquée dans le remodelage de la chromatine via la phosphorylation des histones H3, est déficiente dans le striatum de patients atteints de MH et de souris modèles de MH. Sa restauration dans des neurones striataux en culture les protége des dysfonctions neuronales et de la mort induite par l Exp-HTT. Afin d étudier le rôle neuroprotecteur de MSK-1 in vivo, nous avons réalisé des infections intra-striatales chez le rat, à l aide de lentivirus permettant la surexpression de l Exp-HTT. La surexpression de MSK-1 attenue les dysfonctions neuronales induites par l Exp-HTT et induit une hyperphosphorylation constitutive de H3 et de CREB. De plus, la surexpression de MSK-1 augmente l expression de PGC-1alpha, un co-activateur transcriptionnel impliqué dans la biogenèse mitochondriale. MSK-1 régule transcriptionnellent l expression de PGC-1alpha en se fixant directement sur son promoteur, via la phosphorylation de H3 et de CREB. Enfin, les souris knock-out MSK-1 présentent une atrophie striatale spontanée et sont plus susceptibles à l administration de 3-NP. Ces travaux mettent en évidence le rôle clé de l activation de MSK-1 dans la cascade de signalisation régulant l expression de PGC-1alpha et envisagent la possibilité que la restauration de l expression de MSK-1 dans le striatum offre des approches thérapeutiques nouvelles dans la MH.PARIS-BIUSJ-Biologie recherche (751052107) / SudocSudocFranceF

Rôle de la protéine Mitogen and Stress Activated protein Kinase-1 dans l'altération de la réponse nucléosomale et la mort neuronale dans la maladie de Huntington

La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative due à une expansion polyglutamine anormale dans la région N-terminale de la huntingtine (Exp-Htt). Cette expansion entraîne une agrégation de la protéine anormale, une dysfonction neuronale et la mort neuronale. Une dérégulation de la transcription initiée par la Exp-Htt mutée, participe au phénomène de dégénérescence neuronale dans la MH. Dans ce travail, nous avons identifié un nouveau mécanisme moléculaire pouvant rendre compte de la de régulation de la transcription dans la MH sur le modèle murin R6/2. Malgré activation nucléaire significative de la MAP kinase/ERK et des protéines Elk-1 and CREB, deux facteurs de transcriptions impliqués dans la transcription de c-fos, nous n avons observé aucune phosphorylation des histones H3, comme on pouvait l attendre dans le contexte d une activation nucléaire de ERK. Dans le striatum de ces souris, nous avons mis en évidence un déficit en protéine MSK-1 (Mitogen and Stress-activated Kinase-1), une protéine kinase en aval de ERK qui joue un rôle cardinal dans la phosphorylation des histones H3 et l induction de c-fos. Nous avons retrouvé le même déficit, in vitro, dans des neurones striataux sur exprimant la Exp-Htt mutée et dans des striata de cerveaux post-mortem de patients atteints par la maladie. In vitro, La suppression génétique de MSK-1 potentialise la mort induite par la Exp-Htt. Sa surexpression induit la phosphorylation des histones H3, l expression de c-Fos et protège totalement les neurones de la mort induite par la Exp-Htt. Nous proposons que le déficit en MSK-1 dans la maladie pourrait participer de façon significative à la dérégulation transcriptionnelle et à la dégénérescence striatale. La restauration de son expression et de son activité pourrait être une nouvelle cible thérapeutique dans MH.PARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

IMPLICATION DU FACTEUR DE TRANSCRIPTION ELK-1 DANS LA PLASTICITE SYNAPTIQUE ET LA DIFFERENCIATION NEURONALE

LE FACTEUR DE TRANSCRIPTION ELK-1 APPARTIENT A LA FAMILLE DES PROTEINES ETS ET CONSTITUE UNE CIBLE NUCLEAIRE MAJEURE DES VOIES DE SIGNALISATION MAPK (MITOGEN ACTIVATED PROTEIN KINASE). SA PHOSPHORYLATION PAR LES MAPK ACTIVES PERMET LA TRANSACTIVATION DE GENES PORTEURS DE SITES SERUM RESPONSIVE ELEMENT (SRE) SUR LEUR PROMOTEUR. BIEN QUE DES DONNEES RECENTES AIENT MONTRE QUE LES MAPK DE TYPE EXTRACELLULAR-SIGNAL REGULATED KINASE (ERK) ETAIENT EXPRIMEES ET REGULEES DANS LES CELLULES NEURONALES, LE ROLE DE ELK-1 DANS CES CELLULES DEMEURAIT PEU DOCUMENTE. L'ETUDE DE SON EXPRESSION DANS LE CERVEAU ADULTE A PERMIS DE MONTRER QUE CETTE PROTEINE ETAIT UBIQUISTE ET PRESENTAIT LA CARACTERISTIQUE, PEU FREQUENTE POUR UN FACTEUR DE TRANSCRIPTION, D'ETRE EXPRIMEE DANS LE NOYAU ET LE CYTOPLASME DES NEURONES. L'ANALYSE DE SA REGULATION DANS DES MODELES IN VITRO ET IN VIVO D'INDUCTION DE GENES POSSEDANT UN SITE SRE NOUS A PERMIS DE MONTRER QUE I) ELK-1 ETAIT PHOSPHORYLE PAR ERK DANS LE NOYAU ET LE CYTOPLASME II) DEUX MODULES : ERK/ELK-1 ET ERK/?/CREB (CRE-BINDING PROTEIN), ACTIVES PAR LES CAMK (CALCIUM/ CALMODULIN KINASE), JOUAIT UN ROLE CLE DANS LA REGULATION GENIQUE. DE PLUS, L'ACTIVATION DE ELK-1 ET CREB PAR ERK ETAIT NECESSAIRE A LA POTENTIATION SYNAPTIQUE A LONG TERME IN VIVO, SUGGERANT QUE L'ACTIVATION DE ELK-1 ETAIT UN EVENEMENT CLE DANS LES REGULATIONS GENIQUES SOUS TENDANT LA PLASTICITE SYNAPTIQUE. NOUS AVONS ENSUITE MONTRE QUE LA PRESENCE DE ELK-1 DANS LE CYTOPLASME DES NEURONES ETAIT DUE A L'EXPRESSION D'UNE ISOFORME NEURONALE DE ELK-1(SELK-1). NOUS AVONS ETABLI QUE SELK-1 ETAIT TRONQUEE DANS SON DOMAINE DE LIAISON A L'ADN ET POSSEDAIT DES PROPRIETES INHIBITRICES SUR L'ACTIVITE DU SITE SRE. DE PLUS, ELK-1 ET SELK-1 POSSEDENT DES ROLES OPPOSES SUR LA DIFFERENCIATION NEURONALE DES CELLULES PC12 INDUITE PAR LE NGF PUISQUE SEULE LA PROTEINE TRONQUEE FACILITE LA DIFFERENTIATION, VRAISEMBLABLEMENT PAR UN CONTROLE DES GENES IMPLIQUES DANS LE CYCLE CELLULAIRE.PARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocCentre Technique Livre Ens. Sup. (774682301) / SudocPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Rôle de la phosphorylation du facteur de transcription Elk-1 dans son trafic intracellulaire et ses fonctions neuronales

La phosphorylation du facteur de transcription Elk-1 par les MAPK/ERK est primordiale pour l activité transcriptionnelle du complexe ternaire formé de Elk-1 et du dimère SRF (Serum Response Factor) sur le site SRE (Serum Response Element). En plus de sa localisation nucléaire Elk-1 est exprimé dans les dendrites des neurones.Nous avons montré in vivo et in vitro une relocalisation nucléaire de Elk-1 dépendante de l activation de ERK. La phosphorylation des Sérines 383 et 389 de Elk-1 contrôle à la fois sa translocation nucléaire et l expression de gènes porteurs de sites SRE. La mutation de ces Sérines en résidus non phosphorylables ou l utilisation d un peptide pénétrant (TAT-DEF-Elk-1), qui interfère spécifiquement avec le site d ancrage, domaine DEF de Elk-1, bloque à la fois sa translocation nucléaire et la régulation de gènes SRE-dépendants. Enfin, le peptide TAT-DEF-Elk-1 diminue le niveau d expression de SRF et d Actine, et est corrélé à un blocage de la croissance des dendritesPARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF