Effet de position télomérique et criblage moléculaire : vers de nouvelles cibles télomériques
Institution:
Lyon, Ecole normale supérieureDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Telomeres are protective structures present at the ends of linear chromosomes and consist of simple repeated DNA sequences and specialized proteins. They are essential for the stable maintenance of eukaryotic chromosomes and they can regulate the lifespan of cells. In addition to their essential functions, telomeres are, in diverse organisms, specialized sites with regard to gene expression. Indeed, the transcription of genes located next to telomeres is repressed: this phenomenon was termed telomere position effect (TPE). As observed in the yeast, S. Cerevisiae -where TPE is best characterized- TPE in human cells depends of both telomere length and architecture. The treatment of cells with Trichostatin A, an inhibitor of class I and II histone deacetylases antagonizes TPE while treating the cells with 5-aza-2’-deoxycytidin, a demethylating agent, has no apparent effect on telomeric repression. Overall, position effects at human chromosome ends are dependent on a specific higher-order organization of the telomeric chromatin. In order to identify new molecules able to modulate TPE in human cells, we carried out the screening of the «Prestwick Chemical Library », a bank of bioactive molecules, on the CMBA-CEA platform in Grenoble. A total of 15 molecules were identified as anti-TPE factors after primary and secondary screening based on the increase in fluorescence measurement. After testing all of these molecules in our laboratory, two polyphenols, Acacetin and Chrysin, were retained as potent inhibitors of TPE and further characterized as drugs targeting telomeres specifically. We then asked whether TPE reversal was dependent on telomere length. The incubation in the presence of Acacetin and Chrysin affects telomere length suggesting that increased expression of the subtelomeric reporters is associated with a shortening of telomeres. To check whether these molecules revert telomeric silencing, by affecting telomere integrity, we analyzed chromosome stability in cells treated with Acacetin or Chrysin. The two molecules exhibit a rapid increase in the frequency of telomere induced DNA damage foci, suggesting that these drugs trigger telomeric dysfunction. Drug treatment also significantly increases the frequency of telomeric abnormalities observed in metaphase with a significant increase of end-to-end fusions between sisters chromatid. The discovery of these new compounds targeting specifically chromosome ends opens new avenue for the targeted treatment of diseases linked to telomeric pathways such as cancer but also rare diseases such as Facio-Scapulo-Humeral dystrophy for which we investigated the molecular mechanisms.
Abstract FR:
Notre laboratoire s’intéresse depuis de nombreuses années à l’implication des télomères en pathologie humaine. Les télomères sont des structures nucléoprotéiques présentes aux extrémités des chromosomes. Ils jouent un rôle important dans le bon fonctionnement et la durée de vie des cellules, et ils nécessitent, de ce fait, une régulation et une protection stricte. De plus, dans différents organismes, les télomères sont associés à la répression des gènes proximaux. Ce phénomène épigénétique appelé effet de position télomérique (TPE) implique la propagation d’une structure chromatinienne répressive. Très étudié chez S. Cerevisiae, cet effet a aussi été démontré chez l’homme et dépend de protéines télomériques et de remodelages chromatiniens. Ainsi, le traitement des cellules humaines par des agents modifiant l’architecture chromatinienne tels que l’inhibiteur des histones déacetylases, la Trichostatine A, permet de lever le TPE et d’induire l’expression d’un gène en position subtélomérique. En revanche, la 5-aza-2’-deoxycytidine, un inhibiteur de la méthylation de l’ADN, n’abroge pas ce type de silencing suggérant l’implication de modifications spécifiques de ces régions dont l’organisation nucléosomale est particulière. Afin d’identifier de nouveaux composant chimiques capables d’inhiber les effets de position télomériques dans les cellules humaines, nous avons effectué le criblage d’une banque de molécules bioactives «Prestwick Chemical Library » sur la plateforme du Centre pour les Molécules Bioactives (CMBA) au CEA de Grenoble. Les criblages primaires et secondaires de cette chimiothèque ont permis à nos collaborateurs de nous livrer une liste de 15 touches confirmées, inhibitrices de la répression transcriptionnelle dépendante des télomères et observée expérimentalement grâce au gène rapporteur de la luciférase. Après avoir testé l’ensemble de ces molécules dans notre laboratoire, deux polyphénols (Acacetine et Chrysine) étaient capables de lever spécifiquement le TPE sans modifier l’expression du gène rapporteur placé hors contrôle télomérique. Nous nous sommes dès lors demandé à quel niveau ces deux molécules agissent sur le TPE (raccourcissement ou prolongement des tailles des télomères, perte ou gain de protéines associées aux télomères et/ou création ou pas d’un dysfonctionnement télomérique). L’ensemble de ces analyses a montré que le traitement des cellules humaines avec ces deux molécules est accompagné par un raccourcissement de la taille des télomères, un dysfonctionnement télomérique et la création de fusion entre chromatides sœurs. La découverte de ces molécules ouvre de nouvelles perspectives sur le traitement des maladies associées à des mécanismes télomériques, le cancer mais aussi des maladies rares comme la dystrophie facio-scapulo-Humérale, dont nous avons parallèlement étudié les mécanismes moléculaires.