Role of long non-coding RNAs in prostate cancer progression - Institut Curie
Thèse Année : 2023

Role of long non-coding RNAs in prostate cancer progression

Rôle des longs ARN non-codants dans la progression de cancer de la prostate

Résumé

The Androgen Receptor (AR) signaling axis is crucial for the onset and progression of prostate cancer (PCa). Androgen deprivation therapies (ADT) are commonly used as first-line treatments, but many patients eventually develop lethal castration-resistant prostate cancer (CRPC), which continues to grow without testosterone. Neuroendocrine markers can be detected in many tumors subjected to ADT, but are rarely detected in ADT-naïve tumors, supporting the idea that ADT triggers neuroendocrine differentiation (NED) in tumors (Patel et al., 2019). Long non-coding (lnc)RNAs play important regulatory roles in tumorigenesis and contribute to all hallmarks of cancer, including the onset of CRPC (Misawa et al., 2017). This project aims to identify and investigate lncRNA functions in the early response to ADT, specifically their role in regulating the AR signaling pathway and the onset of CRPC. To achieve this, we are using a dynamic in vitro cell system recapitulating progressive NED and CRPC phenotypes upon androgen deprivation (Terry et al., 2013). Two projects were set:1. Characterization of lncRNAs in the early response to ADT: We identified 964 lncRNAs induced by androgen deprivation, a subset of the most robust candidates was selected based on expression levels in cells and high-risk PCa, as well as co-expression with neurogenesis-associated protein-coding genes. This led to the identification of 15 novel lncRNAs named PROCAs, with PROCA11 being our top candidate. Three different isoforms of PROCA11 were characterized with distinct subcellular distribution, suggesting different fates and functions. PROCA11 expression is induced early after hormone depletion upon a release of AR from its promoter. Knockdown of AR results in increase of PROCA11 levels even in cells growing in presence of androgen, pinpointing the repressive activity of AR on the lncRNA transcription. Alterations in PROCA11 expression levels affect cell proliferation and apoptosis, perturbing the expression of genes involved in different signaling pathways. Hence, we propose that PROCA11 play a role in enabling PCa cells to circumvent ADT by regulating their proliferation and survival.2. Study of AR activity and epigenetic mechanisms during NED. Immunofluorescence and western blot experiments revealed nuclear localization of AR even in the absence of androgen. However, transcriptome analysis showed an extensive deregulation of all known androgen-responsive genes (ARGs), confirming the inhibition of the AR transactivation function. To investigate the relevance of AR nuclear persistence, we profiled AR and histone active and repressive modifications genome-wide. This experiment showed a global remodeling of the epigenetic landscape of cells undergoing NED with a decrease of the repressive mark (H3K27me3) and an increase of the active mark (H3K27ac) together with an overall loss of AR from chromatin, accompanied with the transcriptional activation of genes involved in neurogenesis and PROCA11. Studies in melanoma and PCa revealed various roles of lncRNAs in the direct control of AR activity due to RNA-protein interactions (Zhang et al., 2015, Schmidt et al., 2019, Hu et al., 2020). To test a hypothesis of differential AR binding to RNAs in PCa in response to ADT, we performed an immunoprecipitation of AR and RNA-sequencing in presence and absence of androgen. Preliminary analysis revealed AR association with numerous mature mRNAs and lncRNAs independent of its recruitment to chromatin. Remarkably, AR-bound RNAs were different in cells growing in presence or absence of androgen and 60% of them contained a consensus AR binding motif previously identified in melanoma (Schmidt et al., 2020). We propose that RNA play a role in maintenance of the nuclear residence and specificity of AR activity. Still, additional experiments are required to fully understand AR-RNA crosstalk and how AR activity is maintained at specific loci in the absence of androgen.
L'axe de signalisation du récepteur des androgènes (RA) est crucial pour le début et la progression du cancer de la prostate (CaP). Les thérapies de privation androgénique (TPA) sont couramment utilisées comme traitement de première intention, mais de nombreux patients développent finalement un cancer de la prostate résistant à la castration (CPRC) létal, qui continue sa progression sans testostérone. Des marqueurs neuroendocriniens peuvent être détectés dans de nombreux cancers soumis à la TPA suggérant que l’inhibition de la voie RA déclenche la différenciation neuroendocrinienne (DNE) dans les tumeurs (Patel et al., 2019). Les longs ARN non codants (lncRNAs) jouent des rôles régulateurs importants dans la cancérogenèse, y compris dans l’émergence du CRPC (Misawa et al., 2017). Ce projet vise à identifier des nouveaux gènes lncRNAs et étudier leurs fonctions dans la réponse précoce à la TPA et, en particulier, leurs rôles dans la régulation de la voie de signalisation du RA et dans l’émergence du CPRC. Pour ce faire, nous utilisons un système cellulaire in vitro dynamique qui recrée l'acquisition progressive des phénotypes neuroendocriniens et CRPC lors de la privation androgénique (Terry et al., 2013). Deux projets ont été explorés :1. Caractérisation des lncARNs en réponse à la TPA : Nous avons identifié 964 lncRNAs induits par la privation androgénique. Parmi les candidats sélectionnés en fonction de leur expression dans les cellules et les tissues du CaP à haut risque, ainsi que de leur co-expression avec des gènes associés à la neurogenèse, nous avons découvert 15 nouveaux lncRNAs nommés PROCAs. PROCA11 est notre candidat principal, dont les trois isoformes montrent une localisation subcellulaire distincte. L'expression de PROCA11 est induite rapidement après la privation hormonale suit à l’a perte de RA de son promoteur. En présence d’androgènes, la déplétion du RA entraîne une augmentation de niveau d’expression de PROCA11 suggérant que la transcription de lncRNA est régulée négativement par le récepteur. Les variations de l'expression de PROCA11 affectent la prolifération et l'apoptose, perturbant l'expression de gènes impliqués dans différentes voies de signalisation. PROCA11 semble jouer un rôle permettant aux cellules du CaP de contourner la TPE en régulant leur prolifération et survie.2. Étude de l'activité du RA et des mécanismes épigénétiques lors de la DNE : nous avons révélé que la localisation nucléaire du RA persiste même en absence d’androgènes. Pour explorer la fonction nucléaire de ce récepteur en absence d’androgènes, nous avons étudié la distribution génomique du RA ainsi que celle des modifications d’histones actives et répressives. Cette expérience a révélé une réorganisation du paysage épigénétique lors de la DNE, avec une diminution globale de la marque répressive H3K27me3 et une augmentation de la marque active H3K27ac, ainsi qu’une perte globale du RA au niveau de la chromatine, accompagnée de l'activation transcriptionnelle des gènes liés à la neurogénèse et de PROCA11. Des études sur le mélanome et le CaP ont révélé le rôle des lncRNAs dans le contrôle de l'activité du RA via des interactions ARN-protéine. L’immunoprécipitation du RA suivi par le séquençage des ARN liés ont montré l'association de ce facteur de transcription à de nombreux ARN messagers et lncRNAs, indépendamment de son recrutement sur la chromatine. Les ARNs liés au RA sont différents dans les cellules cultivées en présence et en absence d'androgènes et 60 % d'entre eux contient un motif consensus de liaison au RA précédemment identifié dans le mélanome. Nous proposons que les ARN jouent un rôle dans le maintien de la résidence et de l'activité nucléaires du RA en absence d'androgènes. Cependant, des expériences supplémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre l'interaction entre le récepteur et les ARN au cours de la DNE.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04756142 , version 1 (28-10-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04756142 , version 1

Citer

Rocco Cipolla. Role of long non-coding RNAs in prostate cancer progression. Genomics [q-bio.GN]. Université Paris sciences et lettres, 2023. English. ⟨NNT : 2023UPSLS077⟩. ⟨tel-04756142⟩
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