Mécanismes moléculaires de régulation de l’interaction SOCS1-p53 et leurs impacts sur la suppression tumorale

Abstract

Les mécanismes de suppression tumorale sont à la base des processus qui protègent l’organisme contre l’apparition de tumeurs malignes. Ces mécanismes sont nombreux et chacun d’entre eux est contrôlé par une pléthore de voies de signalisation. Ces différentes voies de signalisation se recoupent en général par l’activation de certaines protéines centrales, comme p53 par exemple, qui est considéré le gardien du génome. Ces protéines, comme p53, peuvent généralement contrôler plusieurs mécanismes de suppression tumorale, mais la spécificité par laquelle elles activent une voie plutôt qu’une autre est encore mal connue. Or, ces protéines étant fréquemment impliquées dans le processus de transformation maligne, la compréhension de leurs fonctions et de leur régulation pourrait permettre de moduler leurs activités dans des contextes précis. Notre laboratoire a découvert que SOCS1 (Suppressor of Cytokine Signaling 1), une protéine majoritairement considérée comme un suppresseur de tumeur et un inhibiteur de voies de signalisation pro-inflammatoires, interagit avec p53 dans le cadre de la sénescence cellulaire, facilitant sa phosphorylation par ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated) et ainsi son activation. Comment SOCS1 contrôle cette voie de signalisation demeure toutefois méconnu. Cette thèse avait pour but de mieux comprendre comment SOCS1 influence la voie de signalisation de p53. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à identifier les cibles transcriptionnelles de p53 qui sont spécifiquement modulées par SOCS1. En effet, p53 est connu pour contrôler des centaines de cibles et il existe de grandes lacunes quant à savoir lesquelles sont importantes pour la suppression tumorale en générale. Une des approches utilisées pour approfondir ces connaissances consiste à définir les cibles de manière contexte-dépendant. Connaître les voies de signalisation qui sont contrôlées par SOCS1 via l’intermédiaire de p53 nous a permis de découvrir que SOCS1 est impliqué dans l’induction d’un nouveau mécanisme de suppression tumorale, la mort cellulaire programmée appelée ferroptose. Dans un second temps, nous avons voulu comprendre les mécanismes moléculaires par lesquels SOCS1 interagit avec p53. Nous avons déterminé que ce sont les acides aminés tryptophane 53 et phénylalanine 54 du TAD2 de p53 qui permettent l’interaction avec les résidus tyrosine (Y) 80 et tryptophane (W) 81 de SOCS1. La mutation de la tyrosine et du tryptophane de SOCS1 résulte en une perte d’interaction avec p53 et une incapacité à arrêter la prolifération des cellules cancéreuses. Nous avons aussi découvert un tout nouveau mode de régulation de SOCS1 : la protéine est phosphorylée sur la Y80 par les membres de la famille SRC. Cette phosphorylation semble inhiber les fonctions de suppression tumorale de SOCS1 et est déréglée dans des tissus de patients atteints de lymphomes par rapport aux tissus de ganglions normaux. Enfin, nous avons aussi découvert que SOCS1 peut former des dimères, à la fois in vitro et au sein des cellules, et que cela semble être la forme phosphorylée de SOCS1 qui dimérise. Cela ouvre la porte à toute une nouvelle biologie pour la protéine SOCS1.

Tumor suppressor mechanisms are among the main processes that protect the organism against the development of malignant tumors. These mechanisms are numerous and each of them is regulated by a plethora of signaling pathways. These different signaling pathways, however, tend to converge towards the activation of a few central proteins, like p53, the so-called guardian of the genome for example, that are considered the main tumor suppressors of the cell. These proteins can themselves control many different mechanisms of tumor suppression. The specificity by which p53 controls one signaling pathway over another is still badly understood. Since this protein is involved in the malignant transformation of cells, the comprehension of how these functions are regulated is crucial in order to be eventually able to modulate their activities in specific contexts like cancer. Our laboratory has discovered that SOCS1 (Suppressor of Cytokine Signaling 1), a protein mainly considered as a tumor suppressor and a negative regulator of inflammatory signaling pathways, interacts with p53 in the context of cellular senescence and facilitates its phosphorylation by ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated) and thus its activation. How SOCS1 controls the p53 signaling pathway, however, remained unknown. The goal of this thesis was to understand how SOCS1 regulates the p53 signaling pathway. First of all, we identified the transcriptional targets of p53 that are specifically modulated by SOCS1. P53 is known to regulate hundreds of targets and those important for tumors suppression still constitute a debate. One approach used to better understand how p53 functions is to identify which targets are important in which context. Knowing which p53 pathways are regulated by SOCS1 allowed us to discover that SOCS1 can regulate ferroptosis, a type of programmed cell death that seems very important for the tumor suppressor functions of p53. We then aimed our efforts at identifying the molecular components regulating the interaction between p53 and SOCS1. We determined that the amino acids tryptophan 53 and phenylalanine 54 of p53 TAD2 are crucial for the interaction with residues tyrosine 80 and tryptophan 81 within the SH2 domain of SOCS1. Mutating Y80 and W81 of SOCS1 results in a loss of interaction with p53 and the incapacity for SOCS1 to arrest the growth of cancer cells. We also discovered a new mode of regulation of SOCS1: the protein is phosphorylated on Y80 by the SRC family kinases. This phosphorylation seems to inhibit SOCS1’s tumor suppressor functions and is deregulated in the tissue samples of patients with lymphoma compared to normal lymph node samples. Finally, we discovered that SOCS1 can form dimers, both in vitro and in cells and it is the phosphorylated form of SOCS1 that dimerizes. This opens the door to a new biology for SOCS1.