Role of E4F1 in the regulation of cancer cell homeostasis

E4F1 est un facteur de transcription liant l'ADN, exprimé de façon ubiquitaire par tous les tissus, et qui possède une activité E3 ubiquitine ligase atypique dirigée contre le suppresseur de tumeur p53. La protéine E4F1 interagit directement avec plusieurs suppresseurs de tumeurs cellulaires et des oncogènes viraux (p53, pRb, DRAL, RASSF1A, p19ARF, BMI1, HBX et GAM1...), suggérant qu’elle est elle-même impliquée dans la tumorigenèse. La perte d’E4F1 dans des fibroblastes embryonnaires (Mefs) transformés ou dans des cellules de sarcomes histiocytaires déficientes pour la voie p53, entraine la mort de ces cellules. La même inactivation d'E4F1 dans les cellules normales n'affecte pas leur survie mais entraine un arrêt de prolifération. Des analyses transcriptomiques et de liaison à l'ADN à l'échelle du génome entier (ChIP-seq et analyses différentielles des transcriptomes de cellules E4F1 WT et KO) nous ont permis d’identifier une centaine de gènes liés et régulés directement par E4F1. Ces gènes codent notamment pour des protéines mitochondriales impliquées dans le métabolisme et l'homéostasie de cette organelle, dont plusieurs composants et régulateurs de l'enzyme multimérique, pyruvate déshydrogénase. Un second groupe de gênes cibles d’E4F1 est impliqué dans la réponse aux dommages à l'ADN, dont le gène codant pour la kinase CHK1 qui joue un rôle essentiel dans le contrôle de la stabilité du génome. En accord avec la fonction de ces gènes cibles, la perte d’E4F1 entraine des perturbations du métabolisme cellulaire et des checkpoints de réponse aux stress génotoxiques. Dans les cellules déficientes pour la voie p53, ces perturbations conduisent à des stress oxydatifs (surproduction de ROS mitochondriaux) et énergétiques, suivis de dommages aux protéines et à l'ADN, et in fine, à une mort cellulaire massive. Dans les cellules compétentes pour la voie p53 ces altérations sont fortement atténuées et conduisent à un arrêt de la prolifération. Une partie des effets protecteurs de p53 est due à sa capacité à stimuler l'expression du gène ALDH4a1 qui code pour une aldehyde dehydrogenase impliquée dans le catabolisme de la proline et dont l'activité possède des propriétés anti-oxydantes.Mes travaux mettent également en évidence que le niveau d'expression de la protéine E4F1 et son activité augmentent lors de la transformation cellulaire ainsi qu'en réponse à des stress énergétiques, génotoxiques ou oxydatifs. Dans ces trois dernières conditions, la phosphorylation d'E4F1 est également augmentée au niveau de plusieurs sérines qui ont été identifiées par spectrométrie de masse. En résumé, tous ces éléments indiquent qu'E4F1 est un acteur important du contrôle de l'homéostasie métabolique et de la réponse aux stress, particulièrement essentiel pour la survie des cellules cancéreuses déficientes pour la voie p53. Mes observations suggèrent également qu'E4F1 est activé en réponse à différents stress et qu'il pourrait jouer un rôle essentiel dans la capacité des cellules cancéreuses à s'adapter aux multiples stress environnementaux auxquels elles sont exposées au cours de la tumorigenèse.The ubiquitously expressed E4F1 protein acts as a transcription factor that binds a consensus DNA sequence at promoters, and as an atypical E3-ligase for the tumor suppressor p53. E4F1 physically interacts with several bona fide cellular tumor suppressors and viral oncoproteins (including p53, pRb, DRAL, RASSF1A, p19ARF, BMI1, HBX and GAM1...), suggesting that it might itself be involved in tumorigenesis. E4F1 genetic inactivation in transformed mouse embryo fibroblasts (Mefs) and in hematopoietic tumors deficient for the p53 pathway, results in massive cell death. Importantly, inactivation of E4F1 in normal cells does not affect cell survival. Genome wide approaches (ChIP-seq profiling and comparative transcriptomics performed on E4F1 WT and KO cells) identified a limited list (100) of genes that are bound and directly regulated by E4F1. Several E4F1 target genes code for mitochondrial proteins involved in mitochondria metabolism and homeostasis, including several components of the pyruvate dehydrogenase complex. Another set of E4F1 target genes codes for factors involved in DNA repair and damage checkpoints, including the checkpoint kinase CHK1. Accordingly, both mitochondrial and checkpoint functions are altered in E4F1 KO cells. In proliferating cells deficient for the p53 pathway, these defects lead to energetic and oxidative stresses, protein and DNA damages, and in fine, massive cell death. In p53-proficient cells, these alterations are attenuated and lead to growth arrest. Part of this protective effect of p53 is mediated by ALDH4a1, a p53 target gene encoding an aldehyde dehydrogenase involved in proline catabolism and that exhibits antioxidant properties.In this thesis, I also demonstrate that E4F1 protein level and activity is increased during cell transformation and upon exposure to genotoxic, energetic or oxidative stresses. These stresses also lead to E4F1 phosphorylation at specific serine residues that were identified by mass spectrometry. All together this work shows that E4F1 controls cellular functions that are important for mammalian cells metabolic homeostasis and stress responses, and that are essential for the survival of p53-deficient cancer cells. This work also suggests that E4F1 is activated in response to various stresses and therefore, that it could play an essential role in allowing cancer cells to adapt to environmental stresses