CONTRÔLE DU MÉTABOLISME ET DE LA PROLIFÉRATION PAR LES MICROARN ET LES ACTEURS DU CYCLE CELLULAIRE

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1 UNIVERSITE MONTPELLIER 1 UFR MEDECINE THÈSE Présentée pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L UNIVERSITE MONTPELLIER I Discipline : Biochimie et Biologie Moléculaire École doctorale : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé par Cyrielle CLAPÉ CONTRÔLE DU MÉTABOLISME ET DE LA PROLIFÉRATION PAR LES MICROARN ET LES ACTEURS DU CYCLE CELLULAIRE Soutenue publiquement le 19 juin 2009 Directeur de Thèse Dr Lluis FAJAS Membres du jury Pr Pierre DUBUS Pr Jean-Paul CRISTOL Dr Bernard MARI Dr Martin VILLALBA Rapporteur Examinateur Rapporteur Examinateur 1

2 SOMMAIRE Remerciements..2 Sommaire...4 Abréviations...7 INTRODUCTION...10 Partie 1 : La voie CDK4-pRB-E2F1 dans les métabolismes énergétique et lipidique..11 I. Les acteurs du cycle cellulaire Le cycle cellulaire, une vue d ensemble La kinase cycline-dépendante CDK4..13 a. La famille des CDK b. La kinase CDK La protéine Retinoblastoma prb Le facteur E2F a. La famille des facteurs E2F b. Structure des facteurs E2F et Modulation d activité. 16 c. Le facteur E2F1..18 II. Des fonctions indépendantes du cycle cellulaire Régulateurs du cycle cellulaire dans la différenciation..19 a. La différenciation musculaire. 19 b. L hématopoïèse..20 c. Le développement du tissu adipeux : l adipogenèse Régulateurs du cycle cellulaire et Métabolisme. 22 a. Développement et fonction pancréatiques..22 b. Fonction de l adipocyte..23 III. La mitochondrie et le métabolisme énergétique Un organite compartimenté La membrane interne : la phosphorylation oxydative L espace intermembranaire La matrice mitochondriale : de nombreuses voies métaboliques...27 a. La ß-oxydation des acides gras b. Le cycle de Krebs La biogenèse mitochondriale..28 IV. Le métabolisme lipidique : lipogenèse et lipolyse Le tissu adipeux La fonction du tissu adipeux : le métabolisme lipidique 30 a. La lipogenèse..31 b. La lipolyse..32 Partie 2 : Un microarn, mir-143 dans le cancer de la prostate 33 I. Cancer de la prostate Épidémiologie et facteurs de risque Mécanismes moléculaires du cancer de la prostate Diagnostic et Traitement du cancer de la prostate Métabolisme et cancer de la prostate..35 II. L ARN interférence La découverte de l ARN interférence La découverte des microarn : régulateurs endogènes..39 4

3 III. Le métabolisme des microarn La production de microarn chez les Mammifères...40 a. La transcription...40 b. La maturation nucléaire..40 c. L exportation vers le cytoplasme d. La maturation cytoplasmique..42 e. L incorporation dans le complexe RISC.42 f. Régulation de la synthèse des microarn Les modes d action.43 a. Reconnaissance de la cible.43 b. Répression post-transcriptionnelle par les microarn...44 c. Clivage de la cible...45 d. Dé-adénylation et Dégradation de la cible..45 IV. Les fonctions biologiques des microarn Le micrornome Les mir dans la croissance et la différenciation cellulaires Les mir dans le métabolisme cellulaire Les mir dans la défense antivirale Les mir dans les pathologies. 48 V. MicroARN et Cancer Profils d expression des microarn dans les cancers Pourquoi les microarn sont-ils dérégulés? MicroARN : oncogènes ou suppresseurs de tumeurs Les microarn dans le cancer de la prostate.. 52 VI. Mir-143 et son implication dans le cancer de la prostate Description du mir Fonctions biologiques du mir Des ARNm cibles pour mir a. Des cibles comme s il en pleuvait.. 56 b. K-RAS, une cible validée...56 c. ERK5, enfin validée 57 JUSTIFICATION DE PROJET 60 RÉSULTATS...63 Première partie : Le facteur de transcription E2F1 module la dépense énergétique chez la souris.64 Article 1 : E2F1 modulates energy expenditure in mice...65 Deuxième partie : Une kinase cycline-dépendante, CDK4, contrôle les métabolismes énergétique et lipidique...98 I. Introduction 99 II. Matériel et Méthodes Extraction ARN et RT-PCR Culture cellulaire Souris cdk4-/- et cdk4 R24C Analyses ultrastructurales des tissus Consommation d oxygène par les mitochondries Dosages des acides gras libres et triglycérides Co-immunoprécipitation et spectrométrie de masse.102 5

4 III. Résultats CDK4 dans le métabolisme lipidique a. Caractérisation morphologique du tissu adipeux blanc 103 b. Rôle de CDK4 dans la fonction adipocytaire c. Régulation des enzymes de la lipogenèse et de la lipolyse CDK4 dans le métabolisme énergétique..106 a. Analyse morphologique du tissu adipeux brun 106 b. Analyse de l activité mitochondriale 106 c. Régulation des acteurs mitochondriaux par CDK IV. Discussion CDK4 dans le métabolisme lipidique CDK4 dans le métabolisme énergétique V. Perspectives Troisième partie: Un microarn, mir-143 dans le cancer de la prostate.112 Article 2 : mir-143 interferes with ERK5 signaling, and abrogates prostate cancer progression in mice.113 Résultats supplémentaires : mir-143 dans le métabolisme énergétique.138 DISCUSSION GÉNÉRALE.139 Références bibliographiques 146 Annexes..159 Article 3 : Regulator of G Protein Signaling-4 Controls Fatty Acid and Glucose Homeostasis 160 Article 4 : CXC Ligand 5 Is an Adipose-Tissue Derived Factor that Links Obesity to Insulin Resistance Résumé

5 RÉSUMÉ Le contrôle métabolique implique un dialogue entre régulateurs du cycle cellulaire et facteurs métaboliques. Des stimuli externes, comme la nutrition, peuvent être traduits en signal prolifératif mais également en une réponse métabolique. Précédemment, nous avons observé que les régulateurs, E2F1, cdk4 et Rb jouent un rôle clé dans le contrôle de l adipogenèse et la fonction pancréatique. Nous avons montré que le facteur E2F1 participait activement à la régulation de la biogenèse et la fonction mitochondriales en réprimant l expression de PGC-1 alpha, régulateur de l homéostasie énergétique. De façon intéressante, les souris cdk4-/- semblent présenter une expression de gènes mitochondriaux et des activités mitochondriales, inversées à celles des souris E2f1-/-. Enfin, CDK4 semble également jouer un rôle dans le métabolisme lipidique. Les microarns sont des petits ARN endogènes non codants qui régulent négativement l expression des gènes et sont impliqués dans de nombreux processus cellulaires. Nous avons montré que l expression du microarn 143 diminue durant la progression du cancer de la prostate. La protéine ERK5, cible de mir-143, a des effets proprolifératifs et son expression est aberrante dans le cancer de la prostate. mir-143 pourrait être directement impliqué dans la carcinogenèse, via ERK5. Cela suggère que mir-143 pourrait être un suppresseur de tumeur. Enfin il semblerait que mir-143 joue un rôle dans le métabolisme énergétique. Nos résultats indiquent donc que les changements métaboliques et prolifératifs observés dans le développement du cancer soient étroitement liés, mais aussi régulés par les facteurs du cycle cellulaire et les microarn. Mots-clé : CDK4, E2F1, Métabolisme, microarn, cancer. 182

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