Le Checkpoint du Dommage d'ADN en G1

Ce point contrôle l'entrée à la phase S. Il arrête la progression du cycle cellulaire suite aux dommages d'ADN et permet aux cellules de réparer les dégâts. L'arrêt du cycle peut être temporaire ou permanent (la sénescence). Si les dommages sont importants et les cellules ne parviennent pas à le réparer, elles pourraient subir l'apoptose. Ce checkpoint est médié par p53, qui fait également partie intégrante d'autres points de contrôle du cycle cellulaire en réponse aux dommages d'ADN.

P53 dispose d’un domaine liant une séquence spécifique d'ADN à la région centrale de la protéine et d’un domaine de forte stimulation de la transcription à son extrémité N- terminale (voire la Figure 11, pour les différents domaines de la protéine). La protéine fonctionne habituellement sous forme de tétramères. P53 se lie par ces sites et agit comme un activateur transcriptionnel. Plusieurs gènes ont des sites de liaison à p53 dans leurs régions promotrices, tels que : Bax, p21Waf-1//Cip-1 et la cycline G. Les produits de ce gène, donnent lieu soit à la mort cellulaire soit à l'arrêt du cycle cellulaire en phase G1. Il est intéressant de savoir que p53 peut également être recrutée pour des complexes de transcription au niveau des promoteurs qui n'ont pas de sites de liaison à p53 et qu’elle est

capable de réprimer leurs activités. P53 est également induite en réponse aux

dommages d'ADN et suite à une réplication non programmée d'ADN. L’Activation de p53 implique plusieurs étapes: la stabilisation, l'accumulation, les modifications post- traductionnelles comme la phosphorylation, la méthylation et l'acétylation. P53 induit

l'expression de GADD-45, qui joue un rôle dans l'excision et la réparation des

mismatchs._{P53 a été même associée à une activité exonucléase 3'-5 'et à l'activité de proof}

reading. Elle peut également provoquer l'apoptose en induisant l'expression de

plusieurs protéines pro-apoptotiques, comme; Bax (Bcl-2-associted X protein), Fas, PUMA, NOXA, Scotin, caspase-6, etc, ainsi qu’en réprimant la transcription de plusieurs protéines anti-apoptotiques, telle que Bcl2, BclXL. On ne sait toujours pas quand ni comment est prise la décision entre l'arrêt ou la mort cellulaire. Des signaux de prolifération provenant des lymphocytes pourraient influencer les résultats de l’activation de p53 en réponse à l’irradiation- (118). P53 joue un rôle dans la réparation de l'ADN. Elle s’active en réponse

aux dommages d’ADN. Le gène p53 est localisé dans la région 17q13 du

chromosome humain. Comme p53 joue un rôle important dans la prolifération cellulaire, il n'est pas surprenant que plus de la moitié des tumeurs en soient mutées. D'autres montrent souvent des mutations au niveau des gènes impliqués dans la voie de p53, par exemple, au niveau d’ARF; revue dans (119). La plupart de ces mutations se produisent dans le domaine qui se fixe à la séquence d’ADN. Le produit du gène mutant est incapable de



se lier à l'ADN et d’induire la transcription. Grace à son rôle important dans la stabilité du génome, p53 a été reconnue comme « gardienne du génome ».

En réponse aux dommages d’ADN, l'hypoxie, la déplétion des nucléotides, le stress métabolique, les infections virales et l'activation oncogénique, p53 induit l'expression des gènes impliqués dans l'arrêt du cycle cellulaire, dans la réparation d'ADN et dans la mort cellulaire. En plus de se lier à des séquences d'ADN spécifiques à p53, le domaine d'activation N terminal se lie également à des facteurs associés à TBP (TATA box binding protein), TAFs (TBP-associated factors),TAFII31 et TAFII170.

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Figure 11 : Structure de p53 avec ses différents domaines.

TAD : Transcription activation domaine, PRR : Proline-rich region, p53C : Central or DNA-binding domain, TET : Tetramierization domaine, CT : C-terminal Domain. Voir le texte pour plus de détails. D’après la référence (120)



P21 fait partie des gènes cibles de p53. P53 peut aussi réprimer la transcription de nombreux gènes qui possèdent une boîte TATA (TATA box) et qui sont dépourvus des séquences spécifiques de p53, comme les gènes de l’IL-6 et pRb. En outre, p53 réprime la transcription par l'ARN polymérase I, II et III. P53 induit l’arrêt du cycle cellulaire en G1 via p21, en inhibant les activités des CDK. La liaison et l’inhibition de PCNA par p53 sont importantes pour le chargement de l’ADN polymérase  et sur les matrices d'ADN. En inhibant PCNA, p21 inhibe également la réplication d'ADN dépendante de PCNA, toutefois, sans inhiber la fonction réparatrice d’excision des nucléotides de polymérase et PCNA(121, 122).

P53 peut aussi arrêter les cellules en transition G2/M. À la fin de G2, CAK active cycline B/CDK1 pour faire progresser les cellules en phase M. CDK1 est inhibée par p53 dans les cellules endommagées par différents mécanismes: par l’induction de l'expression des trois inhibiteurs de CDK1 qui sont; p21, GADD-45 et 14-3-3. GADD-45 se lie à CDK1 et inhibe sa liaison avec la cycline B, alors que 14-3-3 inhibe l’activation de CDK1 en se liant et en séquestrant cdc25C, l’activateur de CDK1, dans le cytoplasme. En outre, p53 réprime la transcription de CDK1 par le facteur de transcription NY-F et se lie avec la cycline B empêchant ainsi son association avec CDK1. Par conséquent, p53 prévient les catastrophes mitotiques en inactivant CDK1 et en empêchant la phosphorylation de ses substrats. P53 induit également l'expression de l'ADN topoisomérase II  requise pour le remodelage et la décaténation des chromosomes en leurs formes mitotiques. Sans cette topoisomérase, les cellules s’arrêteront en G2 (123); revue dans (124).

Plusieurs kinases (ATM, ATR, DNA-PK) peuvent phosphoryler p53 au niveau de plusieurs résidus comme; Ser15, The18, et Ser37. À leur tour, CHK1 et CHK2, peuvent phosphoryler p53 à son résidu Ser20 augmentant ainsi sa tétramèrisation, sa stabilité ainsi que son activité de transcription (125, 126). L’endommagement d'ADN induit la phosphorylation au niveau de Ser15 et Ser20. Quand p53 est phosphorylée sur sérine 15 et sérine 20, elle ne lie

pas MDM-2 (voir ci-dessous) et par conséquent, elle n’est pas dégradée (127). La

phosphorylation de p53 par CAK au niveau de Ser392 affecte défavorablement son effet suppresseur de croissance, reflétant ainsi ce qui se produit dans les cellules cancéreuses. Par contre, sa phosphorylation au niveau de Ser46 contrôle sa capacité d’induire l’apoptose (128). P53 est également acétylée par p300 et CBP acétyltransférase (CBP/p300)au niveau de la lysine 382 dans les cellules humaines et elle est déacétylée par SIRT-1 (Sirtuin- 1) (129). L'acétylation favorise l’accumulation de p53 ainsi que sa liaison à l'ADN,

néanmoins elle nécessite sa préalable phosphorylation sur Ser15.

MDM2 inhibe l'acétylation de p53 alors que P19ARF (ou simplement ARF) antagonise cet effet inhibiteur; revue dans (130). Des études récentes ont montré que le degré de phosphorylation de p53 par différentes kinases détermine sa capacité à se lier à CBP/p300 (131).

P53 est régulée négativement par MDM2. Dans les conditions physiologiques, p53 se lie à MDM2 ensuite elle est rapidement dégradée. Fait intéressant, p53 induit ce gène comme un



mécanisme de feed-back négatif. MDM2 se lie au domaine de transcription-

activation de p53, et agit comme une ligase E3 du domaine RING pour p53. Le suppresseur de tumeur ARF antagonise MDM2. Il se lie à MDM2 et inhibe la dégradation de p53 médiée par MDM-2 (132). L’ARF active ATM et CHK2, en réponse aux dommages d'ADN et aux cassures d'ADN double brin. Les kinases activées phosphorylent MDM- 2 entrainant ainsi sa dégradation. L’ARF n'est pas produite dans les cellules qui prolifèrent normalement. Cependant, l'activation des oncogènes et/ou la prolifération cellulaire non

programmée induit sa production. MDMX (connu aussi comme MDM-4) est un

autre régulateur négatif de p53; revue dans (133). La Figure 12 montre plusieurs molécules régulatrices de p53. L'activation de p53 dépend des taux de ses régulateurs négatifs (MDM- 2 et MDM-4). ATM et CHK2 activées phosphorylent également MDMX sur trois résidus sérines conservées et entrainent ainsi sa dégradation.

Cette dégradation est essentielle pour la stabilisation et l'activation de p53. La prévention de la phosphorylation de MDMX, entraine une résistance aux radiations et une susceptibilité à la lymphomagenèse induite par c-Myc chez les souris. MDM-4 se lie également au domaine de transcription-activation de p53. MDM2 et MDM4 effectuent aussi quelques fonctions non-redondantes. La surexpression de ces régulateurs négatifs nuit

aux fonctions de p53. MDM4 possède un domaine RING, mais aucune activité

ligase E3. MDM2 et MDMX s'hétérodimérisent et accomplissent de meilleurs fonctions qui

antagonisent p53. Quand elle est sous forme d’hétérodimère avec MDM-4, MDM-

2 dispose d’une meilleure activité ligase E3 (134, 135).

P53 est une protéine multifonctionnelle fascinante. En plus de son rôle de médiateur des points de contrôle du cycle cellulaire et d'inducteur de réponse aux dommages d'ADN, p53 régule la survie cellulaire, la prolifération, la sénescence, la différentiation et la

reprogrammation métabolique; revue dans (136, 137). Même les mutantes p53

transcriptionnellement inactives exercent des fonctions par translocation vers la

mitochondrie. Il est de plus en plus évident que p53 remplit de nombreuses

fonctions importantes pour la survie des cellules (comme, anti-oxydant et anti-

autophagique).

Il existe deux autres membres de la famille p53 : p63 et p73. Ces deux gènes agissent comme des facteurs de transcription et ils activent des sous-groupes de gènes qui se

chevauchent. Contrairement aux souris p53 KO, les souris p73 KO présentent des

défectuosités sévères au niveau des fonctions neurologiques et immunologiques. Les

souris p63 KO montrent aussi des anomalies du développement. Tous les membres de la famille p53 produisent différentes isoformes (-). Ces isoformes résultent de l'épissage alternatif et de l'utilisation de promoteurs alternatifs. Beaucoup de ces isoformes ont des



Figure 12:Régulation de p53 par MDMX et MDM2.

Le dommage d’ADN permet la phosphorylation de MDMX qui va interagir avec d'autres protéines et permettre la dégradation de MDMX et de MDM2 ainsi que l’activation p53. --- 

Dommage d’DNA

CHK1

CHK2

ATM

Mdm2

_Mdmx

_Mdm2

Mdmx

P

P

14

-

3-

3

P53

Progression du

cycle cellulaire

Abl

Arrêt du cycle

cellulaire



N-terminales tronquées et des activités de transcription manquantes. Ils antagonisent les fonctions des protéines de type sauvage et agissent donc comme des oncogènes. Les facteurs (Ras par exemple) qui favorisent la production de ces isoformes tronquées, favori- sent la formation de tumeurs et affectent l'évolution clinique de la maladie; revue dans (138).

La protéine p73 pleine longueur ayant une fonction trans-activatrice intacte est pro- apoptotique induit l’expression de Bax, Fas et PUMA. La protéine virale E1a induit p73, et PUMA dans les cellules p53 mutantes (139, 140). La protéine PUMA est pro-apoptotique

avec un seul domaine de BH-3. Elle peut causer la translocation de BAX aux membranes

mitochondriales. PUMA pourrait être induite aussi par p53, par contre, E1a l’induit de façon indépendante de p53. Une surexpression de p73 a été observée dans de nombreux cancers. P73 qui est également induite par p53, induit également le stress du RE en induisant l'expression de Scotin, une protéine faisant 23 kD et résidente dans le RE (141). Des études récentes ont montré que Delta N-P73 joue un rôle dans la neuro-protection. Et ce, en inhibant la phosphorylation de tau (une protéine associée aux microtubules) médiée par JNK et la formation d'enchevêtrements neuro-fibrillaires observée dans les cerveaux de patients atteints par la maladie d'Alzheimer; revue dans (138). L'isoforme se concentre dans le site de dommages d'ADN et inhibe la signalisation de la réponse aux dommages d'ADN par l'intermédiaire de P53BP-1 (142).

Tout comme p73, p63 produit également ses propres N-terminales délétés. Tous deux p63 et p73 sont induites en réponse aux dommages d'ADN et au stress cytosolique. Les gènes cibles de p63 et p53 sont BAX, PUMA, p21, MDM2, la cycline G, GADD45, IGFBP-1, 14-3-3, etc.