Activation du point de contrôle G2/M

Le point de contrôle G2/M empêche les cellules d’entrer en mitose lorsqu’elles subissent des dommages au niveau de l’ADN durant la phase G2, ou lorsqu’elles ont progressé jusqu’à la phase G2 malgré la persistance de lésions non réparées depuis la phase G1 ou la phase S. Ainsi,

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une cellule peut être bloquée au point de contrôle G2/M du fait de sa réplication incomplète ou inappropriée.

Chez S. pombe, la surexpression de Chk1 seule suffit pour entrainer un arrêt du cycle en G2- M, ce qui suggère que Chk1 est la protéine majeure de ce point de contrôle (Walworth et al., 1993). Des mutants n’exprimant ni Wee1 ni CDC25C sont viables mais sont déficients pour le point de contrôle G2-M en réponse aux dommages de l’ADN, et même consécutivement à une surexpression de Chk1. Ces résultats semblent indiquer que ces 2 protéines sont des cibles de Chk1 au niveau du point de contrôle G2 – M, chez S. pombe (Raleigh and O’Connell, 2000). Ainsi, Chk1 permet l’arrêt du cycle en G2 via la phosphorylation de Wee1, ce qui stabilise cette tyrosine kinase et conduit à la phosphorylation inhibitrice de CDK1 sur le résidu tyrosine 15 (O’Connell et al., 1997; Rhind et al., 1997). Par ailleurs, Chk1 phosphoryle les phosphatases CDC25, ce qui conduit à leur inactivation et concourt également à l’inactivation de CDK1 (Figure 13).

Figure 13: La régulation du point de contrôle G2/M par Chk1. Chk1 régule négativement Plk1, et phosphoryle Wee1, ces 2 actions bloquant l’activation de CDK1. Chk1 conduit par ailleurs à l’inhibition des phosphatases CDC25 (Patil et al., 2013)

CDC25C est phosphorylé en serine 216 par Chk1, ce qui entraine sa liaison à la protéine 14-3- 3. Cette liaison conduit à la séquestration de CDC25C dans le cytoplasme, empêchant ainsi les interactions avec ses substrats (Donzelli and Draetta, 2003; Thanasoula et al., 2012). CDC25A quant à elle est une protéine à la demi-vie très courte, dont la dégradation est catalysée par les ubiquitines ligases APC/C et SCF (Skp1, Cullin, F-box proteins). En réponse aux dommages

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de l’ADN, Chk1 et Chk2 phosphorylent CDC25A sur la sérine 76 et sur la sérine 124. Cela entraine son association à β-TrCP (β-Transducin repeat-containing protein), un composant du complexe ubiquitine ligase SCF. Ainsi, après détection de dommage de l’ADN ou d’anomalies de la réplication, le point de contrôle de phase S conduit à l’inactivation ou la dégradation des CDC25, et donc à l’arrêt du cycle (Hassepass et al., 2003; Mailand et al., 2000). Chk1 régule également CDC25B en le phosphorylant sur les résidus sérine 309 et sérine 361. Ceci limite la progression cellulaire en mitose (Figure 14) (Löffler et al., 2006).

Figure 14: Mécanismes d’inhibition des phosphatases CDC25 par Chk1. La phosphorylation de CDC25A par Chk1 entraine sa dégradation, et de CDC25B et CDC25C leur séquestration cytoplasmique (Patil et al., 2013).

Par ailleurs, le point de contrôle G2/M est partiellement activé par des programmes de transcription régulés positivement par BRCA1 et p53, et qui entrainent l’expression de protéines bloquant le cycle cellulaire, telles que p21, GADD45a (Growth Arrest and DNA Damage inducible 45 alpha), ou la protéine 14-3-3 (Taylor and Stark, 2001).

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Enfin, de façon plus marginale et indépendamment de p53, l’arrêt du cycle peut être médié par la voie p38 – MAPK – MK2 – CDC25B (Manke et al., 2005; Reinhardt et al., 2007). P 38 phosphoryle CDC25B sur les résidus sérine 309 et sérine 361, et CDC25C sur le résidu sérine 216 dans des cellules traitées par des rayonnements ultra-violets, ce qui conduit à leur association avec les protéines 14-3-3 et à leur dégradation (Bulavin et al., 2001; Goldstone et al., 2001).

Toutes ces voies de signalisation visent le complexe CDK1/cycline B, dont l’activité permet la progression en mitose. De plus, les phosphatases CDC25, qui activent CDK1, sont aussi inhibées, de même que d’autres protéines activatrices des complexes CDK1– Cycline B ou de CDC25C, comme par exemple Plk1 ou Plk3.

Une partie de ces mécanismes pourraient avoir lieu au niveau du centrosome. En effet, cet organelle est étudié depuis peu comme prenant une place importante dans la médiation de l’arrêt du cycle consécutif à l’activation du point de contrôle G2/M. Un grand nombre d’acteurs du cycle cellulaire ont d’ailleurs été retrouvés à ce niveau (Wang et al., 2009). Il a ainsi été montré que des lésions de l’ADN conduisent à une duplication des centrosomes dans des cellules lymphoblastiques humaines, duplication qui n’a plus lieu lorsque les cellules sont traitées par des inhibiteurs d’ATR. Ces résultats et d’autres permettent de montrer que la duplication des centrosomes dépend de l’activité catalytique de Chk1, après phosphorylation par ATR lors de dommage de l’ADN. Le mécanisme par lequel Chk1 agit au niveau du centrosome est peu connu. Il pourrait être indirect, via l’arrêt du cycle imposé par le point de contrôle, ou direct, via l’activation de substrats au centrosome (Bourke et al., 2007). La duplication normale des centrosomes étant contrôlée par CDK2, un des mécanismes d’amplification des centrosomes en réponse à des dommages de l’ADN pourrait passer par la phosphorylation activatrice de CDK2 par Chk1 (Bourke et al., 2010).

D’autre part, Chk1 pourrait être localisé au niveau des centrosomes en interphase, bien que ce résultat démontré par immunofluorescence soit remis en cause du fait de la faible spécificité de l’anticorps utilisé pour l’étude (Matsuyama et al., 2011). L’inhibition de Chk1 entraine de façon précoce une séparation des centrosomes, et une activation de CDK1 associé au centrosome, ce qui conduit à une entrée en mitose prématurée. Ces résultats suggèrent que Chk1 associé au centrosome protège la population centrosomale de CDK1 d’une

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activation inappropriée par CDC25B cytosolique, contribuant à contrôler la bonne progression dans le cycle cellulaire (Krämer et al., 2004b; Löffler et al., 2006). D’autre part, au niveau du centrosome, Chk1 phosphoryle CDC25B sur les résidus sérine 230 et sérine 563, ce qui a pour conséquence de réguler négativement l’entrée en mitose (Schmitt et al., 2006). Cette fonction de Chk1 est rendue possible grâce à la protéine Che-1, qui permet la localisation correcte de Chk1 au centrosome (Sorino et al., 2013).