La régulation génique et épigénétique de MUC

1- La régulation du promoteur de MUC1

Le promoteur de MUC1 (3000 pb) est riche en nucléotides GC et contient une boîte TATA 25 nucléotides avant le site d’initiation de la transcription (Abe, Siddiqui, & Kufe, 1989). La transcription de MUC1 peut être induite par différents facteurs de transcription tels que Specificity Protein 1 transcription factor (Sp1), Activator Protein-1 (AP1), Nuclear Factor-1 (NF-1), Tumor Necrosis Factor (TNF), l’interféron, l’ER, STAT3 et les facteurs GATA dont notamment GATA3 (Abe et al., 1989; Abba et al., 2006; Jonckheere & Van Seuningen, 2010). La région −743/−1 a été montrée suffisante pour induire l’activité

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Figure 20 : Régulation de la région promotrice de MUC1 (Jonckheere & Van Seuningen, 2010).

minimale de transcription pour exprimer MUC1. La région −150/−60 contient un élément de réponse à SP1 et une E-box appelée E-MUC1 (−86/−64) importante pour son expression tissulaire (Kovarik et al., 1993) (Figure 20).

2- La régulation épigénétique

Le terme épigénétique définit l’ensemble des modifications d’expression d’un gène héritable mitotiquement et/ou méïotiquement et qui n’entraîne pas de changement dans la séquence nucléotique de l’ADN (Jones & Baylin, 2002). Les mécanismes épigénétiques comprennent :

- La méthylation de l’ADN qui consiste en l’ajout d’un groupement méthyle –CH3sur le carbone 5 des cytosines contenues dans un contexte dinucléotidique particulier, les îlots CpG. Ces dinucléotides CpG sont inégalement répartis au sein du génome humain mais sont retrouvés préférentiellement dans l’extrémité 5’ des gènes au niveau des régions promotrices. Cette méthylation s’effectue par des DNA méthyltransférases (DNMT) et le profil de méthylation est maintenu au cours des divisions cellulaires. Lors de la cancérogenèse, le profil de méthylation des gènes varie : il est observé une hypométhylation globale des oncogènes avec une hyperméthylation locale sur les promoteurs de certains gènes suppresseurs de tumeurs entraînant alors une modification de la transcription (Kanwal & Gupta, 2011).

- Les modifications des histones qui sont réversibles et médiées par les histones acétyltransférases (HAT) et les histones désacétylases (HDAC). Ces modifications vont influencer l’état de la chromatine et favoriser, ou inhiber, la transcription des gènes (Kanwal & Gupta, 2011).

- La régulation par les micro-ARN (miARN). Les miARN sont de petits ARN non codants de 18 à 25 nucléotides génétiquement codés. Ils ont la capacité de réguler l’expression des gènes au niveau post-transcriptionnel (Bartel, 2004).

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Figure 21 : Régulation de MUC1 par méthylation (Yamada et al., 2008).

(A) Déméthylation de l’ADN, déméthylation de l’histone H3-K9, acetylation de l’histone H3-K9 : forte expression de MUC1 (ex : lignées MCF-7, HPAFII)

(B) Légère méthylation du promoteur de MUC1, déméthylation de l’histone H3K9, acetylation de l’histone H3K9 : expression de MUC1 (ex : lignée Panc-1)

(C) Déméthylation de l’ADN, méthylation de l’histone H3K9 : faible expression de MUC1 (ex : lignée LS174T)

(D) Méthylation de l’ADN et de l’histone H3K9 : pas d’expression de MUC1 (exemple : lignées MDA-MB-453, Caco2)

a- Par méthylation et acétylation des histones

Le gène MUC1 est caractérisé par la présence d’une région répétée en tandem de 60 paires de bases riche en ilôts CpG (184 sites) (Yamada et al., 2011). L’étude de lignées exprimant ou non MUC1 dans des modèles cellulaires de cancer du pancréas, du sein ou du côlon a permis de mettre en évidence que 9 de ces sites proches du site d’initiation de la transcription étaient liés à l’expression de MUC1 (Zrihan-Licht et al., 1995). Les analyses épigénétiques ont mis en évidence que MUC1 était régulée par méthylation de son promoteur et de la lysine 9 de l’histone H3 (H3K9) ainsi que par acétylation de l’H3K9 (Yamada et al., 2008, 2011). Il a ainsi pu être mis en évidence 4 niveaux de régulation épigénétique de MUC1 selon son taux d’expression. On retrouve une forte expression de MUC1 lors de la déméthylation de son promoteur et de l’acétylation de l’H3K9, une expression modérée soit avec l’apparition de sites de méthylation sur les îlots CpG soit par méthylation de l’H3K9 et une non expression lors de la méthylation du promoteur et de l’H3K9 (Yamada et al., 2008), (Figure 21).

b- Par les miARN

A ce jour, trois miARN ont été identifiés comme inhibant l’expression de la mucine MUC1. Le miR-145 inhibe MUC1 et diminue l’invasion et le potentiel métastatique de lignées cancéreuses mammaires humaines (Sachdeva & Mo, 2010) et ovariennes (H. Wu et al., 2013) et ce miARN est majoritairement décrit comme un miARN suppresseur de tumeur. Le miR-1226 inhibe MUC1, diminue la survie, la croissance cellulaire et induit l’apoptose par perte du potentiel de membrane mitochondrial (Jin, Rajabi, & Kufe, 2010). Le miR-125b inhibe MUC1, diminue la croissance, la survie cellulaire et induit l’apoptose en augmentant les dommages à l’ADN (Rajabi et al., 2010).

Les autres membres de la famille des mucines ont également été associés à une régulation par les miARN. C’est notamment le cas de la mucine membranaire MUC4 qui est régulée dans le PDAC par deux miARN ayant un rôle suppresseur de tumeur les miR-219-1-3p et le miR-150 (Srivastava et al., 2011; Lahdaoui et al., 2014). De manière plus récente, les mucines membranaires MUC4 et MUC16 ont été identifiées comme deux cibles du miR-200c qui va se fixer au niveau de leur région codante dans le PDAC (Radhakrishnan et al., 2013).

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Figure 22 : Mécanisme de chimiorésistance à la gemcitabine lié à MUC1.

MUC1-C agit comme co-facteur transcriptionnel du gène ATP-binding cassette (ABC) transporters (ABCC1) et favorise l’expression du canal détoxifiant MRP1 via deux mécanismes l’un dépendant de la voie PI3K-AKT et le second indépendamment. Le facteur de transcription n'a pas encore été identifié. Ce mécanisme favorise le relarguage extra- cellulaire de la gemcitabine et la chimiorésistance.

hCNT1/3 : human Concentrative Nucleoside Transporter 1/3 ; hENT1 : human Equilibrative Nucleoside Transporter 1 ; dCK : désoxycytidine kinase ; RRM1/2 : Ribonucléotide Réductase 1 et 2 ; CDA : Cytidine Désaminase ; NTP : Nucléoside Triphosphate ; dNTP : désoxynucléotide triphosphate ; MRP : Multidrug Resistance-related Protein.

c- La régulation des miARN par MUC1

En plus de la régulation des mucines par les miARN, il a été montré que la mucine MUC1 a la capacité de réguler l’expression des miARN. Il a notamment été mis en évidence que MUC1-C pouvait agir comme co-facteur transcriptionnel des miARN de la famille miR-200c. Dans un premier temps, MUC1-C interagit avec la sous-unité p65 de NF-κB et favorise la transcription de Zeb-1 ; et dans un second temps MUC1-C interagit avec Zeb-1 afin de bloquer la transcription du miR-200c/141 afin de favoriser la TEM et l’invasion cellulaire (Rajabi et al., 2013).