Régulation transcriptionnelle

Si la régulation de la phosphorylation de 4E-BP1 a été l’objet de nombreuses études lors de ces vingt dernières années, de nombreux aspects de la régulation de l’expression de

4E-BP1 restent à élucider. La protéine 4E-BP1 est exprimée de manière ubiquitaire cependant, étant une protéine impliquée dans la survie cellulaire (chapitre I, section D.2.5.2), l’expression de 4E-BP1 est induite en condition de stress. Ainsi, un stress génotoxique provoqué par un traitement à la bléomycine sur des œufs d’oursins fertilisés entraine l’accumulation de 4E-BP1 (Le Bouffant et al., 2006). D’autres stress tels que l’atrophie musculaire ou l’ischémie cérébrale stimulent également l’expression de 4E-BP1 (Lu et al., 2003; Stevenson et al., 2005). A l‘inverse, la maturation de progéniteurs hématopoïétiques en granulocytes par traitement au DMSO entraine une diminution de l’expression de 4E-BP1 (Grolleau et al., 1999, 2000). Dans les cancers, l’expression de 4E-BP1 est très variable en fonction des types de cancer et est discutée dans le chapitre I, section D.2.3. Les mécanismes moléculaires expliquant ces régulations ne sont pas tous élucidés, cependant ces dernières années ont vu l’identification de plusieurs facteurs de transcription pouvant interagir avec le gène de 4E-BP1 et modifier son expression. A ce jour, cinq facteurs de transcription ont été décrit. (Voir figure 14)

Egr-1 (Early growth response 1) est le seul facteur de transcription inhibiteur connu pour 4E-BP1. Egr-1, dont l’expression est induite très rapidement en réponse à une multitude de signaux, est activé en aval des voies p38 et ERK1 MAP kinases. C’est un facteur de type « zinc finger » qui se fixe sur l’ADN au niveau de boîtes TG. Malvyne Rolli- Derkinderen et ses collaborateurs ont tout d’abord montré que dans les cellules hématopoïétiques, le facteur de transcription Egr-1 est capable d’exercer une répression transcriptionnelle de 4E-BP1 en se liant directement au niveau de nombreuses séquences de réponse situées dans la zone promotrice de 4E-BP1 (Rolli-Derkinderen et al., 2003). Plus tard, Egr-1 a été impliqué dans l’inhibition de l’expression de 4E-BP1 en aval de la voie des PI3K dans des cellules cancéreuses pancréatiques (Azar et al., 2008).

SMAD4 (Mothers Against Decapentaplegic homolog 4 aussi appelé DPC4 pour Deleted in Pancreatic Cancer locus 4) a été identifié comme facteur de transcription régulant positivement l’expression de 4E-BP1 (Azar et al., 2009). SMAD4 est activé en aval des voies du TGF-(Transforming Growth Factor ) et des BMP (Bone Morphogenetic Protein) et fonctionne généralement en hétéromère avec un ou deux autres membres de la famille des SMAD. Il se lie sur de courtes séquences appelées SBE (pour Smad Binding Element) et est plutôt considéré comme un modulateur de l’expression génique. Des expériences de ChIP

(Chomatin ImmunoPrecipitation) et d’activité luciférase réalisées dans différents modèles de cellules cancéreuses pancréatiques ont montré que SMAD4, en se fixant sur une SBE présente sur le gène 4E-BP1 à une vingtaine de paires de base en aval du codon initiateur stimule sa transcription. Le rôle de SMAD4 dans l’inhibition de la prolifération cellulaire et sa délétion dans certains cancers lui valent la qualification de suppresseur de tumeur. Au cours de cette étude, les auteurs ont également montré que l’induction de l’expression de 4E-BP1 est nécessaire à l’effet antiprolifératif de la voie TGF-/SMAD4.

Le promoteur de 4E-BP1 est aussi la cible de la régulation directe par HIF-1 (Hypoxia Inducible Factor 1). HIF-1 est un facteur de transcription de type bHLH (basic Helix Loop Helix) induit par l’hypoxie. Il fonctionne en hétérodimère avec la sous-unité HIF-1 et se lie sur des séquences HRE (pour Hypoxia-Responsive Element, 5′-A/GCGTG-3′) qui sont retrouvées sur la plupart de ses gènes cibles. En normoxie, HIF-1 est constamment produit et dégradé. Ce n’est seulement lorsque la concentration en oxygène atteint de trop faibles niveaux que HIF-1 est stabilisé et peut alors activer la transcription d’une multitude de gènes cibles. De nombreux travaux basés sur l’étude de différents modèles faisaient état d’une induction de l’expression de 4E-BP1 en réponse à la privation en oxygène (Le Bouffant et al., 2006; Koritzinsky et al., 2006). Ce n’est que récemment que le lien moléculaire entre l’hypoxie et l’augmentation de l’expression de 4E-BP1 a été identifié. En effet, dans les cellules cancéreuses pancréatiques soumises à une faible concentration en oxygène, HIF1- a la capacité de se fixer à une séquence HRE présente sur le promoteur de 4E-BP1 afin d’activer sa transcription (Azar et al., 2013). L’induction transcriptionnelle de 4E-BP1 par HIF- 1 n’est pas restrictive aux conditions d’hypoxie et est également observée lors du phénomène de confluence cellulaire (Azar et al., 2010). De plus, des expériences de mutagénèse des sites de fixation de SMAD4 et de HIF-1 situés non loin l’un de l’autre sur la zone promotrice de 4E-BP1 ont permis de montrer que ces deux facteurs de transcription coopèrent pour stimuler l’expression de 4E-BP1 (Azar et al., 2013).

ATF4 (pour Activating Transcription Factor 4, aussi appelé CREB2 pour cAMP Responsive-Element Binding Protein 2) est également un facteur de transcription décrit pour 4E-BP1. De type bZIP (basic leucine ZIPper), il est notamment induit dans des conditions de stress (voir détails dans le chapitre II, section C.1.3.3). Dans les cellules- endocrines du

pancréas soumises au stress du réticulum, ATF4 se fixe directement sur deux boîtes de réponse situées sur l’intron 1 du gène de 4E-BP1 afin d’en activer sa transcription (Yamaguchi et al., 2008). L’induction de 4E-BP1 permet notamment de protéger ces cellules de la mort cellulaire induite par un stress chimique du réticulum faisant de 4E-BP1 une protéine nécessaire à la résolution du stress du réticulum (voir chapitre I, section D.4.2). Des expériences de ChIP suivies de séquençages visant à identifier l’intégralité des gènes cibles d’ATF4 ont été réalisées par une autre équipe et sont venues conforter les résultats obtenus par Suguru Yamaguchi et ses collaborateurs (Han et al., 2013).

MYC a été identifié comme facteur de transcription probable régulant positivement l’expression de 4E-BP1 dans les cellules cancéreuses de la prostate. MYC appartient à la famille des bHLH (basic Helix Loop Helix). Il se lie à des séquences consensus appelées boîtes E et régule l’expression d’une pléiade de gènes impliqués dans une multitude de processus cellulaires (prolifération, croissance cellulaire, réplication de l’ADN, métabolisme…). Bala Balakumaran et ses collaborateurs ont identifié deux boîtes E fixant MYC situées en amont et en aval du premier exon. Ils ont également montré que la surexpression de MYC entrainait une augmentation de l’ARNm et de la protéine 4E-BP1 (Balakumaran et al., 2009). Cependant, le lien entre la surexpression de MYC et l’induction de l’expression de 4E-BP1 étant seulement corrélatif, il ne nous permet pas de conclure que c’est la liaison de MYC sur le gène de 4E-BP1 qui conduit à la stimulation de sa transcription même si ce scénario reste plus que probable. Les auteurs concluent également que l’induction de l’expression de 4E- BP1 par MYC constitue un mécanisme de résistance permettant aux cellules cancéreuses de la prostate présentant une surexpression de MYC de résister au traitement à la rapamycine.

Chez la Drosophile, le facteur de transcription FOXO (Forkhead box O1) a été décrit comme régulant directement l’expression de l’unique d4E-BP en réponse au stress oxydatif et à la privation en nutriment. Cependant, aucune donnée n’est venue confirmer cette régulation chez les mammifères (Puig et al., 2003).

Figure 14 : Les facteurs de transcription de 4E-BP1

a) Représentation schématique des sites de fixation des facteurs de transcription sur le gène de 4E-BP1. Le schéma n’est pas à l’échelle. b) Eléments de réponse, localisations (vis-à-vis de l’AUG) et motifs de liaison des facteurs de transcription connus pour se lier au gène de 4E- BP1 chez l’homme et la drosophile. Un signe (+) symbolise une régulation positive et un signe (-), une régulation négative. C/EBP:ATF : CCAAT-enhancer-Binding Protein : Activating Transcription Factor responsive element, SBE : SMAD-Binding Element, HRE : Hypoxia- Responsive Element, FRE : FOXO-Responsive Element. Adaptée de Martineau Y et al, 2013