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Masclef L, Ahmed O, Iannantuono N, Gagnon J, Gushul-Leclaire M, Boulay K, Estavoyer B, Echbicheb M, Poy M, Boubacar KA, Boubekeur A, Menggad S, Schcolnik-Cabrera A, Balsalobre A, Bonneil E, Thibault P, Hulea L, Tanaka Y, Antoine-Mallette F, Drouin J, Affar EB. O-GlcNAcylation of FOXK1 orchestrates the E2F pathway and promotes oncogenesis. bioRxiv 2024:2024.03.01.582838. [PMID: 38463952 PMCID: PMC10925292 DOI: 10.1101/2024.03.01.582838] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Grants] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 03/12/2024]
Abstract
Gene transcription is a highly regulated process, and deregulation of transcription factors activity underlies numerous pathologies including cancer. Albeit near four decades of studies have established that the E2F pathway is a core transcriptional network that govern cell division in multi-cellular organisms1,2, the molecular mechanisms that underlie the functions of E2F transcription factors remain incompletely understood. FOXK1 and FOXK2 transcription factors have recently emerged as important regulators of cell metabolism, autophagy and cell differentiation3-6. While both FOXK1 and FOXK2 interact with the histone H2AK119ub deubiquitinase BAP1 and possess many overlapping functions in normal biology, their specific functions as well as deregulation of their transcriptional activity in cancer is less clear and sometimes contradictory7-13. Here, we show that elevated expression of FOXK1, but not FOXK2, in primary normal cells promotes transcription of E2F target genes associated with increased proliferation and delayed entry into cellular senescence. FOXK1 expressing cells are highly prone to cellular transformation revealing important oncogenic properties of FOXK1 in tumor initiation. High expression of FOXK1 in patient tumors is also highly correlated with E2F gene expression. Mechanistically, we demonstrate that FOXK1, but not FOXK2, is specifically modified by O-GlcNAcylation. FOXK1 O-GlcNAcylation is modulated during the cell cycle with the highest levels occurring during the time of E2F pathway activation at G1/S. Moreover, loss of FOXK1 O-GlcNAcylation impairs FOXK1 ability to promote cell proliferation, cellular transformation and tumor growth. Mechanistically, expression of FOXK1 O-GlcNAcylation-defective mutants results in reduced recruitment of BAP1 to gene regulatory regions. This event is associated with a concomitant increase in the levels of histone H2AK119ub and a decrease in the levels of H3K4me1, resulting in a transcriptional repressive chromatin environment. Our results define an essential role of O-GlcNAcylation in modulating the functions of FOXK1 in controlling the cell cycle of normal and cancer cells through orchestration of the E2F pathway.
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Affiliation(s)
- Louis Masclef
- Centre de recherche de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont, CIUSSS de l’Est-de-l’Île de Montréal, 5415 boulevard de l’Assomption, Montréal, QC, H1T 2M4, Canada
| | - Oumaima Ahmed
- Centre de recherche de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont, CIUSSS de l’Est-de-l’Île de Montréal, 5415 boulevard de l’Assomption, Montréal, QC, H1T 2M4, Canada
| | - Nicholas Iannantuono
- Institut de Recherche en Immunologie et en Cancérologie, Université de Montréal (IRIC), Montréal, QC, H3T 1J4, Canada
| | - Jessica Gagnon
- Institut de Recherche en Immunologie et en Cancérologie, Université de Montréal (IRIC), Montréal, QC, H3T 1J4, Canada
| | - Mila Gushul-Leclaire
- Centre de recherche de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont, CIUSSS de l’Est-de-l’Île de Montréal, 5415 boulevard de l’Assomption, Montréal, QC, H1T 2M4, Canada
| | - Karine Boulay
- Centre de recherche de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont, CIUSSS de l’Est-de-l’Île de Montréal, 5415 boulevard de l’Assomption, Montréal, QC, H1T 2M4, Canada
| | - Benjamin Estavoyer
- Centre de recherche de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont, CIUSSS de l’Est-de-l’Île de Montréal, 5415 boulevard de l’Assomption, Montréal, QC, H1T 2M4, Canada
| | - Mohamed Echbicheb
- Centre de recherche de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont, CIUSSS de l’Est-de-l’Île de Montréal, 5415 boulevard de l’Assomption, Montréal, QC, H1T 2M4, Canada
| | - Marty Poy
- Centre de recherche de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont, CIUSSS de l’Est-de-l’Île de Montréal, 5415 boulevard de l’Assomption, Montréal, QC, H1T 2M4, Canada
| | - Kalidou Ali Boubacar
- Centre de recherche de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont, CIUSSS de l’Est-de-l’Île de Montréal, 5415 boulevard de l’Assomption, Montréal, QC, H1T 2M4, Canada
| | - Amina Boubekeur
- Centre de recherche de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont, CIUSSS de l’Est-de-l’Île de Montréal, 5415 boulevard de l’Assomption, Montréal, QC, H1T 2M4, Canada
| | - Saad Menggad
- Centre de recherche de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont, CIUSSS de l’Est-de-l’Île de Montréal, 5415 boulevard de l’Assomption, Montréal, QC, H1T 2M4, Canada
| | - Alejandro Schcolnik-Cabrera
- Centre de recherche de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont, CIUSSS de l’Est-de-l’Île de Montréal, 5415 boulevard de l’Assomption, Montréal, QC, H1T 2M4, Canada
| | - Aurelio Balsalobre
- Laboratoire de Génétique Moléculaire, Institut de Recherches Cliniques de Montréal (IRCM), Montréal, Québec, Canada
| | - Eric Bonneil
- Institut de Recherche en Immunologie et en Cancérologie, Université de Montréal (IRIC), Montréal, QC, H3T 1J4, Canada
| | - Pierre Thibault
- Institut de Recherche en Immunologie et en Cancérologie, Université de Montréal (IRIC), Montréal, QC, H3T 1J4, Canada
| | - Laura Hulea
- Centre de recherche de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont, CIUSSS de l’Est-de-l’Île de Montréal, 5415 boulevard de l’Assomption, Montréal, QC, H1T 2M4, Canada
- Département de Médecine, Université de Montréal, Montréal, QC, H3C 3J7, Canada
| | - Yoshiaki Tanaka
- Centre de recherche de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont, CIUSSS de l’Est-de-l’Île de Montréal, 5415 boulevard de l’Assomption, Montréal, QC, H1T 2M4, Canada
- Département de Médecine, Université de Montréal, Montréal, QC, H3C 3J7, Canada
| | - Frédérick Antoine-Mallette
- Centre de recherche de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont, CIUSSS de l’Est-de-l’Île de Montréal, 5415 boulevard de l’Assomption, Montréal, QC, H1T 2M4, Canada
- Département de Médecine, Université de Montréal, Montréal, QC, H3C 3J7, Canada
| | - Jacques Drouin
- Laboratoire de Génétique Moléculaire, Institut de Recherches Cliniques de Montréal (IRCM), Montréal, Québec, Canada
| | - El Bachir Affar
- Centre de recherche de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont, CIUSSS de l’Est-de-l’Île de Montréal, 5415 boulevard de l’Assomption, Montréal, QC, H1T 2M4, Canada
- Département de Médecine, Université de Montréal, Montréal, QC, H3C 3J7, Canada
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