Régulation de l'expression du collagene de type II et de l'uridine diphospho-glucose deshydrogenase (UGDH) par le 17b-estradiol (17b-E2) et ses récepteurs ERa66 et ERa46 : Implications dans l'arthrose : [thèse soutenue sur un ensemble de travaux ]
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In this study, we investigated the role of 17b-E2 and its receptors ERa66/ERa46 on UGDH expression, a key enzyme involved in the biosynthesis of cartilage PGs, and on type II collagen (COL2A1 gene) expression, a major phenotypic marker of articular cartilage. Our results show that 17b-E2 enhances GAG biosynthesis in rabbit articular chondrocytes (RAC) through its positive regulatory effects on UGDH mRNA/protein levels and enzymatic activity. This action was mediated by the hERα66 transactivation of UGDH gene by a proximal core promoter/leader region located between –100 and +50 bp. In a second part, we demonstrated that 17b-E2/ERa could stimulate type II collagen neosynthesis/expression and COL2A1 gene transcription in differentiated and dedifferentiated RAC, through the -266/-63 bp region of COL2A1 proximal promoter. This stimulation implies Sp1, Sp3 and Soxs transcription factors whose DNA-binding activity is increased to the first intron region (including COL2A1 specific enhancer) by 17b-E2. In addition, knock-down of Sp1, Sp3 or Sox-9 by siRNAs was found to prevent the hERa66-induced transactivation of COL2A1 transcription. Additionally, ERa physically interacts in vivo with Sp1, Sp3, Sox-9 and p300 transcription factors, on both COL2A1 promoter and enhancer sequences. Thus, we proposed that 17b-E2 in vivo effect could be mediated by a bridging complex, composed of ERa, Sp1, Sp3, Sox-9 and p300 transcription factors, which could establish a link between the two main transregulatory regions of the gene, and consequently, may facilitate COL2A1 transcription process. Besides, the hERa66 transactivation of COL2A1 gene requires the ERa transactivation domains, AF-1 and AF-2. In the last part of this work, we demonstrated that 17b-E2 promotes type II collagen expression without affecting type X collagen expression in human articular chondrocytes cultured in collagen sponges under hypoxic conditions. Thus, the combination 17b-E2, 3D-biomaterial and hypoxia seem to be a good candidate in order to maintain chondrocyte phenotype and could be therefore attractive for some applications in the tissue engineering of cartilage. This study provides new insights into molecular mechanisms involved in type II collagen and UGDH regulation and would allow to establish new strategies targeting the treatment of articular diseases.
Abstract FR:
Dans cette étude, nous avons recherché les effets du 17b-E2 et de ses récepteurs ERa66/ERa46 sur l’expression de l’UGDH, une enzyme indispensable à la biosynthèse des PGs du cartilage, et sur l’expression d’un marqueur phénotypique majeur du cartilage articulaire, le collagène de type II (codé par le gène COL2A1). Nous avons mis en évidence que le 17b-E2 augmente la biosynthèse des GAGs dans les chondrocytes articulaires de lapin (CAL) grâce à sa régulation positive de l’expression et de l’activité enzymatique de l’UGDH. Ces effets sont transmis par le récepteur hERa66 qui stimule la transcription de la région promotrice/« leader » -100/+50 pb du gène UGDH. Dans une seconde partie, nous avons démontré que le couple 17b-E2/ERa66 stimule la néosynthèse collagénique, l’expression du collagène de type II et la transcription du gène COL2A1 dans des CAL différenciés et dédifférenciés, via une région promotrice proximale comprise entre -266 et -63 pb. Cette stimulation met en jeu les facteurs de transcription Sp1, Sp3 et Soxs dont l’activité de liaison est augmentée sous l’effet du 17b-E2 au niveau de l’amplificateur spécifique localisé dans le premier intron du gène. De plus, l’inhibition fonctionnelle de Sp1, Sp3 ou Sox-9 par des stratégies siARNs abolit les effets transactivateurs de hERa66. In vivo, les facteurs trans ERa, Sp1, Sp3, Sox-9 et p300 interagissent physiquement à la fois au niveau du promoteur et du premier intron du gène. Dès lors, nous avons proposé que les effets in vivo du 17b-E2 puissent être liés à la formation d’un complexe de pontage moléculaire, composé de ERa, Sp1, Sp3, Sox-9 et p300, qui pourrait établir une relation entre ces deux régions transrégulatrices du gène Col2a1 et ainsi favoriser sa transcription. Par ailleurs, l’activation transcriptionnelle de COL2A1 requiert les domaines transactivateurs AF-1 et AF-2 de ERa. Enfin, nous avons démontré que le 17b-E2 favorise l’expression du collagène de type II sans affecter celle du collagène de type X dans des chondrocytes articulaires humains cultivés en éponges de collagène et en conditions hypoxiques. La combinatoire 17b-E2, biomatériau et hypoxie semble être une bonne candidate utilisable dans des stratégies réparatrices d’ingénierie cellulaire du cartilage. Cette étude suscite donc des intérêts dans la mise en place de nouvelles stratégies thérapeutiques plus spécifiques contre l’arthrose.