Coordinated Regulation of PPAR Expression and Activity through Control of Chromatin Structure in Adipogenesis and Obesity

The nuclear receptor peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ) is required for differentiation and function of mature adipocytes. Its expression is induced during adipogenesis where it plays a key role in establishing the transcriptome of terminally differentiated white fat cells. Here, we review findings indicating that PPARγ expression and activity are intricately regulated through control of chromatin structure. Hierarchical and combinatorial activation of transcription factors, noncoding RNAs, and chromatin remodelers allows for temporally controlled expression of PPARγ and its target genes through sequential chromatin remodelling. In obesity, these regulatory pathways may be altered and lead to modified PPARγ activity

Caractérisation de cofacteurs transcriptionnels spécifiques et conservés chez le parasite plathelminthe trématode Schistosoma mansoni (rôles dans l'activité transcriptionnelle du récepteur nucléaire SmFtz-F1 et dans le contrôle épigénétique de la transcription)

Le parasite plathelminthe Schistosoma mansoni, responsable de la bilharziose intestinale, est l'une des trois espèces majeures de schistosome qui infectent 200 millions d'individus dans 75 pays des régions tropicales. Ce constat alarmant fait de la schistosomiase la deuxième endémie parasitaire mondiale après le paludisme. D'un point de vue fondamental, ce parasite représente un modèle très original pour l'étude du développement et de la différenciation car il présente 4 formes morphologiquement distinctes au cours de son cycle et deux sexes séparés au stade adulte. De plus, l'intérêt du schistosome pour l'étude de l'évolution des systèmes de signalisation et du contrôle de ces processus est renforcé par son éloignement phylogénétique (lophotrochozoaire) des modèles habituels (nématode, arthropode ou vertébré). Par ailleurs, l'émergence de souches résistantes au seul traitement actuellement utilisé (Praziquantel) doit conduire à la mise en place urgente de nouvelles stratégies de lutte avec la caractérisation de nouvelles cibles chimiothérapeutiques. Dans cette optique, l'étude des mécanismes de contrôle de l'activité transcriptionnelle, notamment des récepteurs nucléaires, constitue une approche rationnelle à la détermination et la caractérisation de nouveaux réseaux de régulation transcriptionnelle parasitaires. En effet, ces derniers sont à la base des processus évolutifs et constituent, de fait, un axe d'étude particulièrement prometteur à la fois dans un cadre fondamental et thérapeutique. Chez les métazoaires, la régulation de l'activité transcriptionnelle est assurée par des complexes multi-protéiques en mesure d'activer ou réprimer la transcription en fonction des conditions environnementales et/ou du contexte cellulaire. Au sein de cette architecture macro-moléculaire, les cofacteurs des facteurs de transcription ont un rôle prépondérant car, activateurs ou répresseurs, ces protéines autorisent le recrutement (ou son inhibition) de la machinerie transcriptionnelle. Cette régulation est, en partie, la conséquence de la mise en place de mécanismes de régulation épigénétiques permettant une modification de la structure chromatinienne. Chez le parasite S. mansoni, l'ébauche de la caractérisation de ces mécanismes de régulation a été entreprise par le biais de deux approches stratégiques différentes mais complémentaires. Dans un premier temps, compte tenu des fonctionnalités originales du récepteur nucléaire SmFtz-F1 préalablement mises en évidence au laboratoire, nous avons entrepris l'étude des mécanismes de régulation de son activité transcriptionnelle en développant la technique de criblage de banque d'ADNc de S. mansoni en levures en utilisant comme construction appât les domaines D, E et F de SmFtz-F1 fusionné au domaine de liaison à l'ADN hétérologue Gal4. Cette approche a permis de mettre en évidence un corépresseur de SmFtzF1 spécifique du genre Schistosoma nommé SmFIP-1 (SmFtz-F1 Interacting Protein-1). L'interaction entre les deux partenaires a été mise en évidence par la technique de double hybride en levures et en cellules mammifères et confirmée par GST-pull down. D'un point de vue fonctionnel, les expériences de cotransfection transitoire en système hétérologue (cellules mammifères) ont permis de montrer que SmFIP-1 réprime l'activité transcriptionnelle de SmFtz-F1 de manière dose-dépendante. Enfin, chez le parasite, l'ARNm de SmFIP-1 est fortement exprimé suggérant un rôle prépondérant de ce cofacteur dans les mécanismes de régulation transcriptionnelle. La seconde approche s'est basée sur le criblage in silico des banques EST et génomiques de S. mansoni récemment rendues disponibles. Cette stratégie a permis de mettre en évidence l'existence de cofacteurs davantage conservés au cours de l'évolution. En effet, nous avons identifié la présence d'enzymes à activité HAT (histone acetyl transferase) et HDAC (histone deacetylase) chez le parasite. Ces deux familles d'enzymes participent activement aux mécanismes de régulation épigénétiques par le biais des modifications post-traductionnelles (acétylation/deacétylation) des histones qu'elles catalysent. Nous avons isolé puis montré une conservation de structure mais également de fonction pour SmCBP1. En effet, le domaine catalytique, exprimé sous forme de protéine recombinante, catalyse l'acétylation des histones in vitro. Par ailleurs, la mise en oeuvre de la technique de GST-pull down a permis de montrer une interaction entre SmCBP1 et SmFtz-F1. De plus, les expériences de cotransfection transitoire en système hétérologue indiquent que SmCBP1 active la transcription médiée par SmFtz-F1 de manière dose-dépendante. Enfin, de manière originale, nous avons prouvé l'existence d'un second représentant de cette famille chez le parasite (SmCBP2). De façon similaire, après avoir mesuré l'activité enzymatique HDAC globale chez le parasite, nous avons isolé les enzymes HDAC de classe 1 chez S. mansoni (SmHDAC1, 3 et 8) et montré une conservation importante de leur structure. Plus généralement, l'utilisation d'inhibiteurs des enzymes HDACs (HDACi) sur le parasite en culture in vitro suggère un rôle capital de ces enzymes dans la survie parasitaire. Dans ce contexte, celle-ci semble être associée au profil d'acétylation des histones que le HDACi TSA (trichostatine A) est en mesure d'accroître, contrairement au HDACi VPA (acide valproïque). Ces résultats indiquent que certains gènes régulés par les enzymes HDAC, et probablement surexprimés en réponse au traitement par les HDACi, sont essentiels dans le maintien de l'homéostasie parasitaire. Ces deux approches complémentaires ont permis de mettre en évidence et de caractériser des protéines impliquées dans les mécanismes de régulation transcriptionnelle, à la fois spécifiques (SmFIP-1) et conservées (SmCBP1/2/SmHDAC de classe 1). Cette dualité suggère l'existence de réseaux de régulation originaux chez le parasite associant des protéines spécifiques à des protéines aux fonctions conservées. A cet effet, la caractérisation de ces nouveaux réseaux constitue un préalable nécessaire à la détermination des mécanismes d'adaptation, d'évolution et de développement parasitaires susceptibles de faire émerger de nouvelles stratégies chimiothérapeutiques.LILLE2-BU Santé-Recherche (593502101) / SudocPARIS-BIUP (751062107) / SudocSudocFranceF

Modulation de complexes régulateurs de la transcription par des molécules de synthèse : application à l'hypercholestérolémie.

Communication oral

Emerging Roles for the INK4a/ARF (CDKN2A) Locus in Adipose Tissue: Implications for Obesity and Type 2 Diabetes

Besides its role as a cell cycle and proliferation regulator, the INK4a/ARF (CDKN2A) locus and its associated pathways are thought to play additional functions in the control of energy homeostasis. Genome-wide association studies in humans and rodents have revealed that single nucleotide polymorphisms in this locus are risk factors for obesity and related metabolic diseases including cardiovascular complications and type-2 diabetes (T2D). Recent studies showed that both p16INK4a-CDK4-E2F1/pRB and p19ARF-P53 (p14ARF in humans) related pathways regulate adipose tissue (AT) physiology and adipocyte functions such as lipid storage, inflammation, oxidative activity, and cellular plasticity (browning). Targeting these metabolic pathways in AT emerged as a new putative therapy to alleviate the effects of obesity and prevent T2D. This review aims to provide an overview of the literature linking the INK4a/ARF locus with AT functions, focusing on its mechanisms of action in the regulation of energy homeostasis

Histone deacetylase inhibitors induce apoptosis, histone hyperacetylation and up-regulation of gene transcription in Schistosoma mansoni.

International audienceIn order to explore the conservation/divergence of transcriptional regulation in the platyhelminth parasite Schistosoma mansoni, we are studying the structures and functions of transcriptional mediators and in particular histone-modifying enzymes. Reversible histone acetylation changes chromatin structure and modulates gene transcription. The removal of acetyl residues from histones and other proteins is catalyzed by histone deacetylases (HDACs) that are under increasing study as therapeutic targets, both in cancer and parasitic diseases. In order to determine the extent and importance of histone acetylation in S. mansoni, we tested the effects of three histone deacetylase inhibitors (HDACi) on both larval and adult worms in culture. Trichostatin A (TSA), valproic acid (VPA) and suberoylanilide hydroxamic acid (SAHA) inhibited global HDAC activity at all life-cycle stages. TSA and VPA, but not SAHA, caused mortality of schistosomula and adults, with TSA showing the most rapid effect. Moreover, TSA caused an increase in apoptosis in schistosomula shown by the TUNEL assay and an increase in caspase 3/7 activity. Both TSA and VPA were shown to cause an increase in general levels of protein acetylation in schistosomes; more particularly of histone 4 whereas histone 3 acetylation was less affected. In the case of TSA treatment this histone hyperacetylation was correlated with the increased expression of caspases 3 and 7 transcripts. Finally, quantitative chromatin immunoprecipitation showed that the proximal promoter region of the S. mansoni caspase 7 gene was hyperacetylated on histone H4 after TSA treatment

A dynamic CTCF chromatin binding landscape promotes DNA hydroxymethylation and transcriptional induction of adipocyte differentiation

International audienceCCCTC-binding factor (CTCF) is a ubiquitously expressed multifunctional transcription factor characterized by chromatin binding patterns often described as largely invariant. In this context, how CTCF chromatin recruitment and functionalities are used to promote cell type-specific gene expression remains poorly defined. Here, we show that, in addition to constitutively bound CTCF binding sites (CTS), the CTCF cistrome comprises a large proportion of sites showing highly dynamic binding patterns during the course of adipogenesis. Interestingly, dynamic CTCF chromatin binding is positively linked with changes in expression of genes involved in biological functions defining the different stages of adipogenesis. Importantly, a subset of these dynamic CTS are gained at cell type-specific regulatory regions, in line with a requirement for CTCF in transcriptional induction of adipocyte differentiation. This relates to, at least in part, CTCF requirement for transcriptional activation of both the nuclear receptor peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARG) and its target genes. Functionally, we show that CTCF interacts with TET methylcytosine dioxygenase (TET) enzymes and promotes adipogenic transcriptional enhancer DNA hydroxymethylation. Our study reveals a dynamic CTCF chromatin binding landscape required for epigenomic remodeling of enhancers and transcriptional activation driving cell differentiation

Identification of small molecule regulators of the nuclear receptor HNF4alpha based on naphthofuran scaffolds.

1 : Régulation Spatio-Temporelle de la Transcription (SPARTE) : R. Le Guével, F. Oger, G. Salbert - RMN et Intéractions Lipides Protéines (RMN-ILP) : A. Bondon - R. Le Guével, F. Oger : These two authors contributed equally to this study.International audienceNuclear receptors are ligand-activated transcription factors involved in all major physiological functions of complex organisms. In this respect, they are often described as drugable targets for a number of pathological states including hypercholesterolemia and atherosclerosis. HNF4alpha (NR2A1) is a recently 'deorphanized' nuclear receptor which is bound in vivo by linoleic acid, although this natural ligand does not seem to promote transcriptional activation. In mouse, HNF4alpha is a major regulator of liver development and hepatic lipid metabolism and mutations in human have been linked to diabetes. Here, we have used a yeast one-hybrid system to identify small molecule activators of HNF4alpha in a library of synthetic compounds and found one hit bearing a methoxy group branched on a nitronaphthofuran backbone. A collection of molecules deriving from the discovered hit was generated and tested for activity toward HNF4alpha in yeast one-hybrid system. It was found that both the nitro group and a complete naphthofuran backbone were required for full activity of the compounds. Furthermore, adding a hydroxy group at position 7 of the minimal backbone led to the most active compound of the collection. Accordingly, a direct interaction of the hydroxylated compound with the ligand binding domain of HNF4alpha was detected by NMR and thermal denaturation assays. When used in mammalian cell culture systems, these compounds proved to be highly toxic, except when methylated on the furan ring. One such compound was able to modulate HNF4alpha-driven transcription in transfected HepG2C3A cells. These data indicate that HNF4alpha activity can be modulated by small molecules and suggest new routes for targeting the receptor in humans

The novel antibacterial compound walrycin A induces human PXR transcriptional activity.

International audienceThe human pregnane X receptor (PXR) is a ligand-regulated transcription factor belonging to the nuclear receptor superfamily. PXR is activated by a large, structurally diverse, set of endogenous and xenobiotic compounds and coordinates the expression of genes central to metabolism and excretion of potentially harmful chemicals and therapeutic drugs in humans. Walrycin A is a novel antibacterial compound targeting the WalK/WalR two-component signal transduction system of Gram (+) bacteria. Here, we report that, in hepatoma cells, walrycin A potently activates a gene set known to be regulated by the xenobiotic sensor PXR. Walrycin A was as efficient as the reference PXR agonist rifampicin to activate PXR in a transactivation assay at noncytotoxic concentrations. Using a limited proteolysis assay, we show that walrycin A induces conformational changes at a concentration which correlates with walrycin A ability to enhance the expression of prototypic target genes, suggesting that walrycin A interacts with PXR. The activation of the canonical human PXR target gene CYP3A4 by walrycin A is dose and PXR dependent. Finally, in silico docking experiments suggest that the walrycin A oxidation product Russig's blue is the actual ligand for PXR. Taken together, these results identify walrycin A as a novel human PXR activator

Schistosoma mansoni CBP/p300 has a conserved domain structure and interacts functionally with the nuclear receptor SmFtz-F1

Metazoan species diversification in general and the adaptation of parasites to their life-style in particular are due, not only to the evolution of different structural or metabolic proteins, but also to changes in the expression patterns of the corresponding genes. In order to explore the conservation/divergence of transcriptional regulation in the platyhelminth parasite Schistosoma mansoni, we are studying the structures and functions of transcriptional mediators. CREB-binding protein (CBP) and p300 are closely related transcriptional coactivators that possess histone acetyltransferase (HAT) activity that can modify chromatin to an active relaxed state. They are also thought to link transcription factors to the basic transcriptional machinery and to act as integrators for different regulatory pathways. Here we describe the cloning and functional characterization of S. mansoni CBP. SmCBP1 comprises 2093 amino acids and displays a conserved modular domain structure. The HAT domain was shown to acetylate histones with a marked activity toward H4. Functional studies showed that SmCBP1 could interact physically with the nuclear receptor SmFtz-F1 and also potentiated its transcriptional activity in the CV-1 cell line. Screening of the EST and genomic sequence databases with the SmCBP1 sequence allowed us to characterize a second CBP gene in S. mansoni. SmCBP2 shows a high degree of sequence identity to SmCBP1, particularly in the HAT domain. Phylogenetic studies show that these peptides are more closely related to each other than to either mammalian CBP or p300, suggesting that they derive from a platyhelminth-specific duplication event. Both genes are expressed at all life-cycle stages, but differences in their relative expression and structural variations suggest that they play distinct roles in schistosome gene regulation. © 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.SCOPUS: ar.jinfo:eu-repo/semantics/publishe