Caractérisation du rôle transcriptionnel et épigénétique de l’O-GlcNAcylation des histones et du facteur de transcription FOXK1

Abstract

L’O-GlcNAcylation est une modification post-traductionnelle qui consiste en l’ajout covalent du N-acetylglucosamine au groupement hydroxyle des sérines et thréonines des protéines nucléaires et cytoplasmiques. Ce type de glycosylation atypique est régulé de manière très dynamique par l’action de l’O-GlcNAc transférase (OGT) et de l’O-GlcNAcase (OGA) qui catalysent et hydrolysent cette modification respectivement. Aujourd’hui, OGT émerge comme un régulateur transcriptionnel et senseur critique du métabolisme où les protéines ciblées par l’O-GlcNAcylation couvrent la presque totalité des voies de signalisation cellulaire. Récemment, des études ont aussi proposé qu’OGT soit impliquée dans la régulation épigénétique par l’O-GlcNAcylation des histones. Dans le but de caractériser le rôle fonctionnel d’OGT dans la régulation épigénétique, nous avons revisité le concept d’O-GlcNAcylation des histones et, de manière surprenante, n’avons pu confirmer cette observation. En fait, nos données indiquent que les outils disponibles pour détecter l’O-GlcNAcylation des histones génèrent des artéfacts. De ce fait, nos travaux supportent plutôt un modèle où la régulation épigénétique médiée par OGT se fait par l’O-GlcNAcylation de régulateurs transcriptionnels recrutés à la chromatine. Parmi ceux-ci, OGT s’associe au complexe suppresseur de tumeurs BAP1. En étudiant le rôle d’OGT dans ce complexe, nous avons identifié le facteur de transcription FOXK1 comme un nouveau substrat d’OGT et démontrons qu’il est régulé par O-GlcNAcylation durant la prolifération cellulaire. Enfin, nous démontrons que FOXK1 est aussi requis pour l’adipogenèse. Ensemble, nos travaux suggèrent un rôle important d’OGT dans la régulation du complexe BAP1.

O-GlcNAcylation is a post-translational modification which consists in the covalent addition of an N-acetylglucosamine sugar to the hydroxyl group of serine and threonine residues of nuclear and cytoplasmic substrates. This atypical glycosylation is regulated in a very dynamic manner through the action of the O-GlcNAc transferase (OGT) and the O-GlcNAcase (OGA) that catalyze and hydrolyze this modification respectively. OGT has emerged as a critical transcriptional regulator and sensor of metabolism whereby proteins targeted by O-GlcNAcylation cover several cell signaling pathways. Recently, studies have also suggested that OGT may be involved in epigenetic regulation through the O-GlcNAcylation of histones. For the purpose of characterizing the functional role of OGT in epigenetic regulation, our group revisited the concept of histone O-GlcNAcylation and surprisingly, our work could not confirm this observation. In fact, our data indicate that the available tools for histone O-GlcNAcylation detection generate artifacts. Consequently, our work rather supports a model whereby OGT-mediated epigenetic regulation is indirectly achieved through O-GlcNAcylation of chromatin-associated transcriptional regulators. Among these, OGT strongly associates with the BAP1 tumor suppressor complex. Thus, by focusing on the role of OGT in this complex, we identified the transcription factor FOXK1 as a novel substrate of OGT and demonstrate that it is regulated throught O-GlcNAcylation during cell proliferation. Finally, we demonstrate that FOXK1 is also required for adipogenesis. Taken together, these data suggest an important role of OGT in regulating the BAP1 complex.