Caractérisation structurale et fonctionnelle de mutations oncogéniques de l'histone méthyltransférase SETD2 et de l'histone acétyltransférase MOZ

Chez l'Homme, SET Domain containing 2 (SETD2) est la principale histone méthyltransférase responsable de la triméthylation de la lysine 36 de l'histone H3 (H3K36) pour donner la marque épigénétique H3K36me3. Cette enzyme fait partie de la famille des histone méthyltransférases à domaine SET et catalyse le transfert d'un groupe méthyl sur la lysine cible à partir du cofacteur S-adénosylméthionine (SAM). La marque H3K36me3, est impliquée dans plusieurs processus cellulaires dont la régulation de la transcription et la réparation de l'ADN. SETD2 est décrite comme un suppresseur de tumeur parmi les plus fréquemment mutés dans les cancers (carcinomes rénaux à cellules claires et leucémies). Malgré l'importance de cet enzyme, les données concernant la caractérisation de ces mutations restent parcellaires. Ce travail de thèse a consisté à caractériser au niveau structural et fonctionnel la mutation L1609P de SETD2 par des approches de biochimie moléculaire et cellulaire et de cristallographie. Cette mutation a été identifiée chez des patients en rechute leucémique après chimiothérapie. Nous avons pu obtenir la structure cristallographique du mutant SETD2 L1609P à 2.2 Å. Celle-ci révèle que la mutation entraine des changements conformationnels au niveau du site actif l'enzyme. Cette observation est en accord avec des expériences de dosage d'activité de SETD2 montrant que le mutant est peu actif sur histone H3 purifiée ou présente au sein de nucléosomes (25% d'activité résiduelle). L'utilisation de cellules HEK293 modifiées par approche CRISPR/Cas9 pour exprimer le mutant SETD2 L1609P confirme l'impact de la mutation sur l'activité de l'enzyme qui entraine une baisse significative de la marque H3K36me3 dans les cellules. Nous avons par ailleurs montré que le mutant L1609P est peu exprimé du fait de la formation d'agrégats (puncta) nucléaires "ubiquitinés" et dégradés par le protéasome. Notre travail confirme également que la mutation L1609P de SETD2 confère une résistance à l'apoptose suite à un traitement des cellules à l'étoposide. Ce travail a permis de poser les bases moléculaires et structurales de l'impact d'une mutation oncogénique de SETD2 acquise après rechute. En parallèle à ces travaux, nous nous sommes également intéressés à l'étude structuralle et fonctionnelle d'une mutation oncogénique de l'histone acétyltransférase MOZ (MOnocytic leukemia Zing finger). Cette enzyme fait partie de la famille des lysine acétyltransférases à domaine MYST et a pour substrat l'histone H3 (notamment H3K23) et des protéines non-histone telles que p53. Des altérations génétiques de MOZ (mutations ou translocations génomique) sont impliquées dans des hémopathies malignes et d'autre types de cancers. L'impact moléculaire et fonctionnel de ces altérations reste toutefois peu documenté. Notre étude a porté sur la mutation T605P identifiée dans des cancers colorectaux. Cette mutation se situe dans le domaine catalytique de l'enzyme en juxtaposition avec la lysine 604 (K604) dont l'auto-acétylation est décrite comme d'importance pour l'activité enzymatique. Par des approches de biochimie des protéines et d'enzymologie, nous avons montré que le mutant MOZ T605P était incapable d'acétyler l'histone H3 et la protéine p53 mais gardait sa capacité à s'auto-acétyler. L'analyse de cellules HEK293 modifiées par CRISPR/Cas9 exprimant le mutant MOZ T605P confirme la perte d'activité de l'enzyme et la diminution concomitante de la marque épigénétique H3K23ac. Par ailleurs, nous avons résolu la structure cristallographique de MOZ T605P à 2.9 Å et montrons que la mutation entraine un réarrangement du site actif conduisant à un encombrement stérique pour la fixation de la lysine cible. La structure du mutant MOZ T605P confirme également sa capacité à s'auto-acétyler sur la lysine 604. Ces travaux permettent à la fois d'appréhender l'impact moléculaire et fonctionnel de mutations oncogéniques de MOZ et de mieux comprendre la machinerie catalytique de cette enzyme.