Transcript Génomique intégrative du métabolisme énergétique

Génomique intégrative du métabolisme
énergétique dans les tumeurs
Frédérique Savagner
EA3143, Angers
Effet Warburg
Captation glucose ++/glycolyse ++
Acidification milieu environnant
Dysfonction mitochondriale?
Régénération
Métabolites
intermédiaires
OXPHOS
Fonction énergétique mitochondriale (OXPHOS) et régulation / UCP
Respiration « couplée » ou « découplée »
ADNmt (13)
Mne
interne
ATP synthase
ADNn (~80)
Masse mitochondriale et tumeurs?
• Dépendante hypoxie/ischémie, oncogène (c-Myc)
• Tumeurs hormono-dépendantes (sein, prostate, endomètre)
Lien avec grade, sous type, survie, réponse aux thérapies??
Cancer du sein
(Boland, 2013)
• Tumeurs endocrines (Poumon, GIP, glandes): phéochromocytome, oncocytome
oncocytome
Tumeurs de la thyroïde et adénome/carcinome
Warburg « revisité »
Warburg
Glycolyse
RET/NF1
SDH
VHL
oncocytomes
OXPHOS
RET/NF1
SDH
VHL
oncocytomes
(Burnichon et al.2011)
(Mirebeau et al. 2013)
Phéochromocytomes
(VHL+, SDH+)
HIF++
Phéochromocytomes
(RET/NF1+)
Oncocytomes T
HIF+/-
Biogenèse mitochondriale
13 polypep.
100 polypep.
UCP
?
Epigénétique
miRNA
TFAM, TFBM
= coactivateur transcriptionnel
PGC-1α
α, PGC-1β
β, PRC
Nutriments
stress
Hypoxie
Cycle cellulaire
G1
M
S
G2
PRC : expression ubiquitaire
Régulation post-transcriptionnelle métabolisme énergétique/miRNA
Biogenèse mitochondriale
PGC-1β & miR-378/ ERRγ, NRF1-2
(Jeon et al. 2013)
PGC-1β & miR-494/ NRF1, TFAM
(Bandeira et al. 2011)
miR-696 cible PGC-1α (Aoi et al., 2010)
Les mitomiRs
•
•
•
Localisation mitochondriale Ago2
Pré-miR et miR matures dans la mitochondrie/ Alignement possible sur l’ADNmt
Régulation des ARNm mitochondriaux par un pool de miRNA? stockage temporaire?
(Bandiera et al., 2012)
Modèles cellulaires tumeurs endocrines thyroïdiennes
Lignée
XTC.UC1
FTC-133
RO82 W-1
Origine
Oncocytome
thyroïdien
Carcinome folliculaire
thyroïdien
Carcinome folliculaire
thyroïdien
Métabolisme
Oxydatif
Oxydatif
Glycolytique
Masse mito
+++
+++
+
PRC
+++
+++
+
PGC1-α
-
+++
+
PGC-1β
β
-
-
-
miRNA
?
?
?
Approche intégrative/ réseau de régulation fonction energetique
Modèle cellulaire
oncocytome XTC.UC1
PRC+ / OXPHOS++/mito++
Transcriptome (12, 24 et 48h)
Gènes/Fonctions corégulé(e)s
SiRNA coactivateur PRC
Puces à miARN (48h)
? / AntimiR
miRNome:
41 miRNA downexprimés
Immunoprécipitation PRC
et FT (NRF1, NRF2..)
?
?
Puces à promoteurs (ChIP-chip) 24 et 48h
Identifications gènes cibles
28 miRNA surexprimés
?
Puces miRNA (866 miRNA)
Oxygraphie
•
oxygraphe Seahorse XF-24
•
3 Toxiques testés:
–
–
–
Oligomycine: inhibiteur de l’ATP synthase
FCCP: découpleur de la chaîne respiratoire
Antimycine A: inhibiteur du complexe III
Fraction oligosensible = consommation en O2 couplée à la synthèse d’ATP
1: fraction basale
sensible à
l’oligomycine:
2
1
2: fraction maximale
sensible à
l’oligomycine
SiRNA PRC et transcriptome (44K, Agilent)
8 clusters : OXPHOS, Cycle cellulaire (G1/S; M), transcription, traduction,
Réparation, Voie MAPK , jonction cellulaire
T0
T48
(cluster 2)
Fréquence des motifs
– 1kb + 1 kb /
- connus/ JASPAR
- motifs inconnus (Madtools)
PRC+
NRF1 +
NRF2 +
ERRα +
YY1+
CREB+
GO : Métabolisme
mitochondrial
(Raharijaona et al., 2009)
Meta-analyse autres tumeurs solides
(GSEA/MSgDB)
Cluster PRC +
et 608 tumeurs (45 types)
colon
sein
Approche intégrative/ réseau de régulation
NRF1 : 1128 cibles (0.001)
Modèle cellulaire
XTC.UC1
Transcriptome
IP
Gènes/Fonctions
corégulé(e)s
SiRNA coactivateur PRC
input
? ?
Puces à promoteurs
Identifications gènes cibles
Immunoprécipitation FT
NRF1
NRF2
ERRα
CREB
YY1
et PRC
?
?
?
YY1 CREB NRF1 ERRα NRF2 PRC
PRC et …
M phase, cell cycle
NRF1-NRF2-ERR
miRNA
Translation, transcription
cell communication
NRF1-CREB-ERR
NRF1-NRF2-ERR-CREB
NRF1-CREB
YY1-CREB-NRF1
ERRa-NRF2
OXPHOS
(Seuil 10-5)
PRC/ERR régule l’expression de LDH
KI RO82W-1
KO FTC-133
A
Activité OXPHOS↑
↑
↑PRC
↑ ERRalpha
OXPHOS
(Mirebeau, FebsJ, 2010)
Pyruvate
Lactate
B
↑PRC
↑ ERRalpha
Activité LDH↓
↓
LDHB
(Mirebeau, PlosOne, 2013)
Régulation post transcriptionnelle
SiRNA PRC/ XTC.UC1
ChIP-chip analysis
mi
(Carat, J Cell Sci, revision)
Intégration transcriptome/miRNome
Fonctions
mitochondriales
PRC
miARNs
?
?
?
Fonction
OXPHOS
Prédiction des fonctions ciblées par les
miARNs directement régulés par PRC
Prédiction ontologies
Cibles miARNs PRC dépendants
(Diana-miRpath software)
22
Etude Fonctionnelle des 5 miRNAs liés a OXPHOS / AntimiR
Augmentation de la
consommation en oxygène
nécessaire à la synthèse d’ATP
(fraction oligosensible)
Diminution de la
consommation en
oxygène
OCR: Oxygen Consumption rate
miRNAs régulent le niveau d’expression de PRC et PGC-1α
α
La réduction du ratio PRC/PGC-1α
induit une réduction de l’efficacité du
couplage chaîne respiratoire/ATP
synthase
plus d’oxygène
nécessaire pour compenser
24
Etude Fonctionnelle de miR-218 (XTC.UC1)
3' ugUACCA-AUCUAGUUCGUGUu 5' hsa-miR-218
||| | | | :|||||||
215:5' gaAUGAUAUCCAGUAAGCACAu 3' PPARGC1A
miR-494 ciblé directement par PRC
Appartient aux mitomiRs (Kren et al., 2009 ; Bian et al., 2010)
Impliqué dans une boucle de régulation PGC-1α (Yamamoto et al., 2012)
• Transcriptome XTC.UC1 après
transfection avec anti-miR-494
• Corrobore les résultats de Bandiera et
al., 2011
Régulation OXPHOS/PRC et miR-218 et miR-494
miR-494
miR-494
Conclusions
• PRC: intégration biogenèse mitochondriale et prolifération
cellulaire
• Régulation PRC-dépendante / complexes de FT
• 12 miARNs PRC dépendant 5 miARNs régulent directement
la production d’énergie
• miR-218 et miR-494 impactent le ratio PRC/PGC-1α
reprogrammation métabolique et homéostasie énergétique
Remerciements
•
LNBT| EA 3143, Angers:
–
–
–
–
•
Yves MALTHIERRY
Caroline JACQUES
Delphine PRUNIER
Delphine GUILLOTIN
U915 Nantes:
–
–
–
–
–
Joël EYER
Romain RIVALIN
Julien BALZEAU
Claire LEPINOUX-CHAMBAUD
U694 Angers:
–
–
–
–
•
•
Rémi HOULGATTE
Solenne CARAT
Gérard RAMSTEIN
Marja STEENMAN
Daniel BARON
Plateforme Génomique de Nantes
–
–
–
Catherine CHEVALIER
Audrey DONNART
Marine CORNEC
–
–
–
Audrey BIHOUEE
Raluca TEUSAN
Edouard HIRCHAUD