Role of the cardioprotective protein, Carabin, and its nuclear partners, MLL3 and CHD8, in gene regulation during cardiac hypertrophy

Rôles de la protéine cardio-protectrice, Carabine, et de ses partenaires nucléaires, MLL3 et CHD8, dans la reprogrammation génique au cours de l’hypertrophie cardiaque L'insuffisance cardiaque (IC) est le resultat d'une mauvaise hypertrophie cardiaque (HC), caractérisée par une croissance non mitotique des cardiomyocytes. Le HC est induit par une importante reprogrammation génique, qui voit la ré-expression de certains gènes fœtaux. Récemment, les analyses des marques histoniques ont montré que cette reprogrammation est associée à des changements épigénétiques dans les cardiomyocytes. Cependant, les mécanismes du remodelage de la chromatine impliqués dans l'activation de l'épigénome hypertrophique restent mal connus. Bisserier et al. (2015) ont identifié une nouvelle protéine cardioprotectrice, Carabin. Cette protéine est connue pour inhiber la phosphatase Ca2+/Calmoduline-dépendante, la Calcineurine (CaN), un activateur du HC. Afin de mieux comprendre le mécanisme d'action de Carabin, un criblage double hybride (CDH) d'une bibliothèque d'ADNc ventriculaire gauche a été réalisé. Nous avons identifié 47 interactants putatifs de Carabin, dont 15 étaient impliqués dans la régulation transcriptionnelle et 5 d'entre eux étaient des remodeleurs de chromatine. L’objectif de mes études de doctorat était d'abord de vérifier l'implication de ces remodeleurs de chromatine dans la réponse des cardiomyocytes au stress hypertrophique et de caractériser leur mode d'action lors de l'apparition du HC. Effectivement, trois d'entre eux, l'histone déméthylase JARID1B (Jumonji AT Rich Interactive Domain 1B), l'histone méthyltransférase MLL3 (Mixed-Lineage Leukemia Protein 3) et le remodeleur de chromatine ATP-dépendant CHD8 (Chromodomain-helicase-DNA-binding protein 8) sont surexprimés dans les cœurs insuffisants humains et de souris et ont un effet pro-hypertrophique puissant dans les cardiomyocytes primaires. Cette première partie de mon projet a identifié MLL3, CHD8 et JARID1B comme des nouveaux remodeleurs de la chromatine impliqués dans l'activation du programme de gènes hypertrophiques dans les cardiomyocytes. Dans une deuxième partie, j'ai caractérisé les mécanismes moléculaires régulant l'expression des gènes induit par MLL3 et CHD8 en réponse au stress hypertrophique. J'ai montré que dans les cœurs sains, Carabin et MLL3 forment un complexe macromoléculaire avec CaN et la sérine / thréonine kinase 24 (STK24), qui était present dans le CDH. Dans ce complexe, MLL3 est phosphorylé par STK24. Sous stress hypertrophique, la libération de STK24 et de Carabin du complexe MLL3-CaN entraîne une activation de CaN et une déphosphorylation de MLL3, augmentant son activité d'histone méthyltransférase. De plus, dans ces conditions, j'ai observé une diminution de la liason CHD8-Carabin et une augmentation des interactions CHD8-MLL3. Ces résultats suggèrent que le dépôt de H3K4me1 médié par MLL3 peut être associé à un déplacement des nucléosomes par CHD8. Dans une troisième partie, j'ai étudié l'impact du knock down MLL3 sur l’instauration de l’HC. Pour cela, un virus adéno-associé cardiotrope (AAV9) exprimant trois shRNA ciblant MLL3 a été injecté à des souris soumises à un stress hémodynamique cardiaque par constriction aortique transversale. De façon intéressante, la régulation négative de l'expression de MLL3 a réduit l'hypertrophie cardiaque. J'ai ensuite identifié le programme du gène hypertrophique régulé par MLL3 en utilisant des expériences ChIP-seq réalisées sur la chromatine des cœurs de souris soumises ou non à un stress hémodynamique. En conclusion, CHD8 a donné des résultats très encourageants pour la prévention de l'IC, mais il nécessite une meilleure compréhension de ses implications moléculaires dans la pathologie. En revanche, MLL3, s'est avéré être un élément crucial dans la réponse hypertrophique médiée par CaN agissant directement sur la chromatine. Pour cette raison, le ciblage MLL3 peut représenter une stratégie intéressante pour le développement de nouvelles thérapies pour bloquer la progression du HC en HF.