La cohésine et la réparation de l’ADN 55

1.11.6.1 Rôle de la cohésine dans la réparation

C’est dans des mutants S.pombe et S.cerevisiae hypersensibles aux dommages à l’ADN qu’ont été découverts Scc1 (RAD21) et Wapl, sous-entendant que la cohésine jouait un rôle dans la réponse aux dommages de l’ADN [99, 292]. Plusieurs études confirment l’implication de la cohésine dans la réparation de l’ADN chez divers organismes, incluant S. cerevisiae, le poulet et l’humain [293-297]. Les sous-unités cohésines, de même que les régulateurs PDS5 et ECO1 sont impliqués dans la réparation des CDB durant la phase G2. Ainsi, il semblerait qu’il ne s’agisse pas seulement du complexe cohésine per se qui soit impliqué dans la réparation des CDB. Des cellules déplétées de la protéine SMC1 présentent des défauts dans la réparation de l’ADN se traduisant par une augmentation d’aberrations chromosomiques durant les phases S/G2 et une réduction des échanges entre chromatides sœurs [294]. La cohésine jouerait donc un rôle crucial dans la réparation de l’ADN durant les phases S/G2, ce qui semblerait être spécifique à la réparation des CDB via la RH.

Lors d’une réduction des niveaux de cohésine à 30 % S.cerevisiae, comparativement à des cellules contrôles, il apparait des défauts de réparation de l’ADN par RH, alors qu’il faut atteindre 13 % pour voir apparaitre des défauts dans la ségrégation des chromosomes [298]. Bien que ces chiffres soient sans doute différents dans les cellules de mammifères, cette étude est importante pour comprendre qu’il existe différents types de sensibilité à des défauts de cohésine, dus à ses divers rôles. De plus, les différents types de cohésines, possédant SA1, SA2, PDS5A ou APRIN, pourraient aussi présenter différentes sensibilités lors d’une déplétion.

Comme précédemment dit, la RH nécessite la présence d’un ADN modèle, non endommagé. Dans les cellules en mitose, les chromatides sœurs sont les supports préférés pour la RH, puisqu’une RH entre des chromosomes homologues entraine une perte d’hétérozygotie. Il est admis que la cohésion entre chromatides sœurs au niveau des CDB aide à garder proches l’ADN intact et celui endommagé, permettant une meilleure invasion de l’ADNsb dans l’ADNdb. La cohésine ne semble toutefois pas être impliquée dans les étapes de résection et de formation de l’ADNsb [299]. Néanmoins, la cohésine est capable de coordonner le choix de la voie de réparation des CDB (voir ci-dessous). Durant les phases S et G2, la cohésine peut aussi stimuler le départ de fourches de réplication bloquées et faciliter la réparation par RH [298, 300].

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1.11.6.2 Recrutement de la cohésine aux CDB

Plusieurs études ont montré que suite à un dommage à l’ADN, la cohésine est rapidement recrutée aux sites de dommage et s’accumule sur plusieurs dizaines de kilobases de chaque côté de la cassure [301-303]. Un dommage à l’ADN est capable d’entrainer le rétablissement de la cohésion durant la phase G2 aux alentours de la cassure, mais aussi sur tout le génome. Chez S.cerevisiae, il a été montré que la cohésine était détectée au niveau d’une CDB durant les phases G2/M, mais pas pendant la phase G1.

La localisation de la cohésine aux sites de dommage est sous la dépendance de plusieurs protéines impliquées dans la RH. Chez la levure bourgeonnante, Mec1 (orthologue de ATR) et Chk1 phosphorylent la sous-unité Scc1 et cette modification serait importante dans le processus de cohésion suite à un dommage de l’ADN [304]. Par ailleurs, SMC1 et SMC3 sont aussi des cibles des kinases ATM et ATR [305, 306]. La cohésine colocalise également avec la protéine Mre11 durant les phases S/G2 et interagit avec RAD50, sous-entendant que le complexe MRN recruterait la cohésine au niveau des CDB. Ce recrutement pourrait être aussi sous la dépendance du complexe SMC5/SMC6 et de γH2AX [307, 308].

1.11.6.3 Cohésion des chromatides sœurs induite par un dommage de l’ADN

Suite à un dommage de l’ADN, la cohésion de la cohésine (pour une meilleure compréhension

voir section 1.11.3) est induite sur tout le génome [244, 309]. Cette cohésion induite par un

dommage (CID) est sous le contrôle de facteurs de la RH (Mre11, γH2AX), tel que décrit plus haut, et de certaines protéines du complexe cohésine. Comme durant la phase S, cette cohésion est dépendante de la protéine ECO1 [244]. D’ailleurs, la phosphorylation de SMC1 par Chk1 est une étape critique pour la CID, permettant l’acétylation subséquente de SMC1 par ECO1 [244, 310]. Il est a noté que l’acétylation de SMC3 par ECO1 n’est importante que pour la cohésion durant la phase S, suggérant des modifications différentes suivant le type de cohésion. Toutefois, un autre facteur est impliqué dans la CID : Sororin. Effectivement, il a été reporté que Sororin était requis pour la réparation d’une CDB durant la phase G2 [311].

1.11.6.4 La cohésine dans l’activation des checkpoints et le choix de réparation

En plus de son rôle dans la RH, la cohésine est impliquée dans l’activation de checkpoints suite à un dommage. Plusieurs études lui ont montré un rôle dans l’activation du checkpoint intra-S dans les cellules humaines. En réponse à un dommage de l’ADN (RI, UV ou HU), ATM ou ATR phosphoryle SMC1 et/ou SMC3 permettant l’activation du checkpoint intra-S [302, 306, 312-314]. Le rôle exact de ces modifications reste à être défini, mais elles pourraient stimuler le recrutement

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de divers effecteurs essentiels dans l’activation des checkpoints. La cohésine est aussi impliquée dans le checkpoint G2/M dans les cellules humaines. La déplétion de SMC1 entraine en effet des défauts de recrutement de 53BP1 au niveau des sites de dommages et une diminution de l’activation de Chk2 durant la phase G2 [315]. Cette observation pourrait aussi permettre d’expliquer le rôle de la cohésine dans le choix de réparation entre NHEJ et RH.

Néanmoins du fait de l’existence de plusieurs voies de réparation d’une CDB, sa régulation est beaucoup plus complexe. Comme précédemment vu, il existe plusieurs alternatives : (i) le choix entre le C-NHEJ et la résection  ; et (ii) suivant la résection de l’ADN, le choix entre RH et Alt- NHEJ [316]. Récemment, une étude a montré que le complexe cohésine réprimerait le C-NHEJ et l’Alt-NHEJ lorsque les extrémités sont éloignées en distance durant les phases S/G2. Ainsi, en plus de permettre la stabilisation et la protection des fourches de réplication arrêtées et de favoriser l’échange de brins, le complexe cohésine réprimerait ces deux mécanismes en empêchant la mobilité de l’ADN et ainsi la fusion des extrémités éloignées. Néanmoins, le complexe cohésine permet de garder un NHEJ actif pour la ligation d’extrémités proches [317]. L’implication de la cohésine dans le choix entre RH et NHEJ passerait aussi par son interaction avec la protéine RAD52. En effet, l’inactivation de RAD52 dans les cellules déplétées en SMC1 permet la restauration complète de la NHEJ [295]. Mais ce rôle n’est pas encore bien caractérisé et l’implication de la cohésine dans le choix du type de réparation pourrait aussi être possible via le recrutement de diverses protéines, notamment la protéine 53BP1 (voir ci-dessus).

1.11.6.5 Le clivage de la cohésine par la Séparase durant la réparation de l’ADN.

L’établissement de la cohésion n’est pas suffisant pour la réparation d’un dommage. En effet, la cohésine doit aussi pouvoir être dissolue. Chez S.pombe, une protéine Scc1 mutée et non clivable par la Séparase (enzyme permettant de « briser » la cohésine, entrainant ainsi la séparation des chromatides sœurs durant la mitose) interfère avec la réparation de l’ADN durant la phase G2 [318].