Travaux de recherche

Travaux de recherche effectués à l’IGBMC et publiés (CNRS, Inserm, USIAS)

A1) Mukherji A., Kobiita A. et Chambon P., « Shifting the feeding of mice to the rest phase creates metabolic alterations, which, on their own, shift the peripheral circadian clocks by 12 hours », Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 112, n^o 48, 2015, E6683-6690, DOI : 10.1073/pnas.1519735112.

1Des études désormais classiques ont démontré, chez la souris, que déloger la prise de nourriture de la phase active (la période nocturne du cycle circadien « jour/nuit ») pour la loger durant la phase de repos (la phase diurne de ce cycle), c’est-à-dire pratiquer un restricted feeding (RF), contrecarre les signaux provenant de l’horloge circadienne centrale (qui est localisée dans le noyau suprachiasmatique [SCN] et agit normalement comme un signal temporel [zeitberger] contrôlant les horloges circadiennes [CCs] périphériques [PCCs]), aboutit in fine à un décalage temporel de 12 heures des PCCs par rapport à l’horloge SCN centrale.

2Par ailleurs, de nombreuses études avaient révélé, dans des conditions homéostatiques, un lien étroit entre le fonctionnement des PCCs et le métabolisme, et avaient également montré que des perturbations dans leurs interactions provoquaient des pathologies, telles que l’obésité et un syndrome métabolique. Si l’identité de certaines des voies métaboliques contrôlant les PCCs et le métabolisme était connue, il restait à élucider comment des paramètres environnementaux, tels que des modifications des horaires de prise de nourriture, pouvaient directement altérer l’expression des composants des horloges circadiennes périphériques, conduisant ainsi à une obésité et à une pathologie du type syndrome métabolique.

3Postulant que des perturbations métaboliques spécifiques consécutives à une inversion temporelle de la prise de la nourriture pourraient sélectivement affecter l’expression temporelle de certains composants des horloges circadiennes périphériques (PCC), nous avons cherché à mettre en évidence des altérations simultanées du métabolisme et des PCCs à des temps précoces d’un régime RF. En effectuant une analyse temporelle approfondie de ces altérations, nous avons découvert que le décalage temporel des PCCs consécutif à un régime alimentaire de type RF est directement lié, au niveau moléculaire, à une reprogrammation du métabolisme qui agit directement sur l’expression temporelle des éléments constitutifs des horloges circadiennes périphériques (PCCs), de telle sorte qu’in fine celles-ci sont décalées de 12 heures par rapport à l’horloge centrale suprachiasmatique (SCC) qui est elle-même insensible à une alimentation décalée du type RF.

A2) Mukherji A., Kobiita A., Damara M., Misra N., Meziane H., Champy M.-F. et Chambon P., « Shifting eating to the circadian rest phase misaligns the peripheral clocks with the master SCN clock and leads to a metabolic syndrome », Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 112, n^o 48, 2015, E6691-6698, DOI : 10.1073/pnas.1519807112.

4Dans l’étude précédente, nous avons révélé l’origine et l’identité des signaux moléculaires qui créent un défaut d’alignement temporel entre les phases diurnes d’activité et de repos qui sont contrôlées par l’horloge circadienne centrale SNC et l’expression des composants des horloges circadiennes périphériques (PCCs). Cependant, les mécanismes moléculaires qui confèrent à l’horloge centrale SNC une insensibilité à un régime restreignant la prise de nourriture à la phase de repos (RF), de même que les éventuelles conséquences pour l’homéostasie du défaut d’alignement entre les PCCs et l’horloge « master » centrale SNC restaient à découvrir.

5Dans la présente étude, nous avons élucidé, au niveau moléculaire, comment l’horloge centrale (SCN CC) est protégée contre le décalage « RF-induit » des PCCs engendré par des altérations métaboliques. Plus important encore, nous avons démontré que ce défaut « RF-induit » d’alignement altère l’expression temporelle de nombreux gènes « homéostatiques » contrôlés par les horloges circadiennes périphériques, ce qui à long terme conduit chez les souris « RF » à de nombreuses pathologies (y compris un diabète, une obésité et un syndrome métabolique) semblables à celles trouvées chez des individus soumis à un travail « décalé » (shifted) par rapport à la période normale d’activité.

B1) Hua G., Paulen L. et Chambon P., « GR SUMOylation and formation of an SUMO-SMRT/NCoR1-HDAC3 repressing complex is mandatory for GC-induced IR nGRE-mediated transrepression », Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 113, n^o 5, 2016, E626-634, DOI : 10.1073/pnas.1522821113.

6Seul parmi la superfamille des récepteurs nucléaires (NRs), le récepteur des glucocorticoïdes (GC) récepteur (GR) peut exercer trois distinctes fonctions régulatrices au niveau de la transcription en liant soit une seule hormone naturelle (le cortisol chez l’homme et la corticostérone chez la souris) soit des hormones synthétiques, telles que la dexaméthasone. Les glucocorticoïdes exercent des effets pléiotropiques sur pratiquement tous les aspects de la physiologie. Leurs effets anti-inflammatoires et immunosuppressifs furent démontrés il y a plus de 60 ans. Depuis, et en dépit de multiples effets secondaires, ils ont été largement utilisés pour traiter de multiples états inflammatoires, tels que le rhumatisme articulaire aigu et des affections allergiques. Le récepteur GR contrôle l’expression de gènes cibles, soit par transactivation de la transcription en se liant à des éléments de réponse aux GCs (GREs) ou par transrépression. On admet généralement que, pour exercer sa fonction de transrépression indirecte, dite « tethered », le GR se lie physiquement à un facteur activateur de la transcription (par exemple NF-κB, AP1 ou Stat3), lui-même lié sur l’ADN à son propre site de fixation, et réprime ainsi indirectement l’expression de gènes situés en aval du facteur auquel le GR s’est lié. Il était également généralement admis que la plupart des effets anti-inflammatoires des GRs pouvaient être attribués à la transrépression tethered indirecte, tandis que la transactivation était responsable des effets métaboliques indésirables. Cette notion conduisit à rechercher des ligands de synthèse qui présenteraient préférentiellement les effets bénéfiques de transrépression indirecte, et seraient dépourvus de l’activité de transactivation. Un tel ligand « dissocié », répondant à ces critères in vitro, fut découvert en 1997, mais des essais ultérieurs in vivo démontrèrent rapidement qu’il ne présentait pas de caractère « dissocié » in vivo. Notre propre découverte publiée en 2011 concernant l’existence d’une troisième fonction du GR, à savoir une « transrépression directe » exercée par liaison directe du GR à un nouvel élément de réponse sous la forme d’un « inverted repeated » negative response element (IR nGRE), suggéra que l’échec du premier ligand « dissocié » était dû à l’existence de cette fonction de répression liée à la fixation sur des éléments IR nGRE. Ainsi, il apparaissait que la recherche de ligands « dissociés » devenait celle de composés ne possédant que l’activité de tethered transrépression indirecte, à l’exclusion des activités médiées par des éléments (+)GRE et IR nGRE. Cependant, tandis que les mécanismes moléculaires impliqués dans la « (+)GRE transactivation » sont en grande partie élucidés, ceux sous-tendant « l’IR nGRE-mediated » transrépression et la tethered indirect transrépression restaient mal connus, ce qui prévenait la conception et le criblage différentiel de composés qui n’exerceraient que les activités « bénéfiques » anti-inflammatoires des glucocorticoïdes. Ce que nos présents travaux révélèrent, c’est que la SUMOylation du GR dans son domaine N-terminal permettait la formation d’un complexe SUMOs-NCoRI/SMRT-HDAC3 responsable de la « GC-induced IR nGRE-mediated direct transrepression » in vitro et in vivo.

B2) Hua G., Ganti K.P. et Chambon P., « Glucocorticoid-induced tethered transrepression requires SUMOylation of GR and formation of a SUMO-SMRT/NCoR1-HDAC3 repressing complex », Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 113, n^o 5, 2016, E635-643, DOI : 10.1073/pnas.1522826113.

7Nous rapportons dans cette publication que l’intégrité du site de SUMOylation localisé à la position K293 dans le domaine N-terminal du GR humain (K310 chez la souris) est également indispensable pour la formation GC-induite d’un complexe répressif GR-SUMO-SMRT/NCoR1-HDAC3 impliqué dans la transrépression indirecte exercée par liaison du GR à des transactivateurs, tels que NFκB et AP1 fixés sur leurs sites spécifiques dans la région promotrice de gènes cibles. Ceci nous suggère que des ligands, qui seraient dépourvus à la fois de la fonction (+)GRE-dépendante de transactivation et de la fonction IR nGRE-dépendante de transrépression directe, tout en exerçant l’activité tethered de transrépression indirecte, pourraient exercer préférentiellement les propriétés thérapeutiques bénéfiques anti-inflammatoires des glucocorticoïdes. Dans cette perspective, il est prometteur que nous ayons récemment caractérisé un composé GR-agonist non stéroïdien activant sélectivement l’activité anti-inflammatoire du GR (un SEGRA, pour SElectif GR Agonist) qui pourrait être cliniquement moins débilitant que les glucocorticoïdes actuellement utilisés lors de traitements anti-inflammatoires à long terme.

Travaux de recherche effectués et publiés en collaboration avec des groupes de recherche extérieurs français et étrangers

A) Mutagénèse ciblée de la voie de signalisation des œstrogènes par les récepteurs ERα et ERβ

8Adlanmerini M., Solinhac R., Abot A., Fabre A., Raymond-Letron I., Guihot A.-L., Boudou F., Sautier L., Vessieres E., Kim S.H., Liere P., Fontaine C., Krust A., Chambon P., Katzenellenbogen J.A., Gourdy P., Shaul P.W., Henrion D., Arnal J.-F. et Lenfant F., « Mutation of the palmitoylation site of estrogen receptor α in vivo reveals tissue-specific roles for membrane versus nuclear actions », Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 111, n^o 2, 2014, E283-E290, DOI : 10.1073/pnas.1322057111.

Campbell L., Emmerson E., Williams H., Saville C.R., Krust A., Chambon P., Mace K.A. et Hardman M.J., « Estrogen receptor-alpha promotes alternative macrophage activation during cutaneous repair », Journal of Investigative Dermatology, vol. 134, n^o 9, 2014, p. 2447-2457, DOI : 10.1038/jid.2014.175.

Engdahl C., Börjesson A.E., Forsman H.F., Andersson A., Stubelius A., Krust A., Chambon P., Islander U., Ohlsson C., Carlsten H. et Lagerquist M.K., « The role of total and cartilage-specific estrogen receptor alpha expression for the ameliorating effect of estrogen treatment on arthritis », Arthritis Research & Therapy, vol. 16, n^o 4, 2014, R150, DOI : 10.1186/ar4612.

Murakami G., Hojo Y., Ogiue-Ikeda M., Mukai H., Chambon P., Nakajima K., Ooishi Y., Kimoto T. et Kawato S., « Estrogen receptor KO mice study on rapid modulation of spines and long-term depression in the hippocampus », Brain Research, vol. 1621, 2015, p. 133-146, DOI : 10.1016/j.brainres.2014.12.002.

Nakajima T., Tanimoto Y., Tanaka M., Chambon P., Watanabe H., Iguchi T. et Sato T., « Neonatal estrogen receptor β is important in the permanent inhibition of epithelial cell proliferation in the mouse uterus », Endocrinology, vol. 156, n^o 9, 2015, p. 3317-3328, DOI : 10.1210/en.2015-1012.

Valéra M.-C., Fontaine C., Lenfant F., Cabou C., Guillaume M., Smirnova N., Kim S.H., Chambon P., Katzenellenbogen J.A., Katzenellenbogen B.S., Payrastre B. et Arnal J.-F., « Protective hematopoietic effect of estrogens in a mouse model of thrombosis: Respective roles of nuclear versus membrane estrogen receptor α », Endocrinology, vol. 156, n^o 11, 2015, p. 4293-4301, DOI : 10.1210/en.2015-1522.

Börjesson A.E., Farman H.H., Movérare-Skrtic S., Engdahl C., Antal M.C., Koskela A., Tuukkanen J., Carlsten H., Krust A., Chambon P., Sjögren K., Lagerquist M.K., Windahl S.H. et Ohlsson C., « SERMs have substance-specific effects on bone, and these effects are mediated via ERalphaAF-1 in female mice », American Journal of Physiology. Endocrinology and Metabolism, vol. 310, n^o 11, 2016, E912-E918, DOI : 10.1152/ajpendo.00488.2015.

B) Mutagénèse somatique ciblée de divers gènes d’intérêt, contrôlée dans le temps et dans des types cellulaires choisis

9Wang Z., Toivanen R., Bergren S., Chambon P. et Shen M., « Luminal cells are favored as the cell of origin for prostate cancer », Cell Reports, vol. 8, n^o 5, 2014, p. 1339-1346, DOI : 10.1016/j.celrep.2014.08.002.

Gao F., Chambon P., Offermanns S., Tellides G., Kong W., Zhang X. et Li W., « Disruption of TGF-β signaling in smooth muscle cell prevents elastase-induced abdominal aortic aneurysm », Biochemical and Biophysical Research Communications, vol. 454, n^o 1, 2014, p. 137-143, DOI : 10.1016/j.bbrc.2014.10.053.

Gao L., Rabbitt E.H., Condon J.C., Renthal N.E., Johnston J.M., Mitsche M.A., Chambon P., Xu J., O’Malley B.W. et Mendelson C.R., « Steroid receptor coactivators 1 and 2 mediate fetal-to-maternal signaling that initiates parturition », Journal of Clinical Investigation, vol. 125, n^o 7, 2015, p. 2808-2824, DOI : 10.1172/JCI78544.

Xie T., Liang J., Liu N., Huan C., Zhang Y., Liu W., Kumar M., Xiao R., D’Armiento J., Metzger D., Chambon P., Papaioannou V.E., Stripp B.R., Jiang D. et Noble P.W., « Transcription factor TBX4 regulates myofibroblast accumulation and lung fibrosis », Journal of Clinical Investigation, vol. 126, n^o 8, 2016, p. 3063-3079, DOI : 10.1172/JCI85328.

Xie T., Liang J., Liu N., Huan C., Zhang Y., Liu W., Kumar M., Xiao R., D’Armiento J., Metzger D., Chambon P., Papaioannou V.E., Stripp B.R., Jiang D. et Noble P.W., « Transcription factor TBX4 regulates myofibroblast accumulation and lung fibrosis », Journal of Clinical Investigation, vol. 126, n^o 9, 2016, p. 3626, DOI : 10.1172/JCI89968.

Diaz-Castroverde S., Gómez-Hernández A., Fernández S., García-Gómez G., Di Scala M., González-Aseguinolaza G., Fernández-Millán E., González-Rodríguez Á., García-Bravo M., Chambon P., Álvarez C., Perdomo L., Beneit N., Escribano O., Benito M., Dis Model Mech., vol. 9, 2016, p. 1271-1281, DOI : 10.1242/dmm.025288.

Marichal T., Gaudenzio N., El Abbas S., Sibilano R., Zurek O., Starkl P., Reber L.L., Pirottin D., Kim J., Chambon P., Roers A., Antoine N., Kawakami Y., Kawakami T., Bureau F., Tam S.-Y., Tsai M. et Galli S.J., « Guanine nucleotide exchange factor RABGEF1 regulates keratinocyte-intrinsic signaling to maintain skin homeostasis », Journal of Clinical Investigation, vol. 126, n^o 12, 2016, p. 4497-4515, DOI : 10.1172/JCI86359.