Les Cyclines

Les cyclines sont une famille de protéines qui subissent des variations de leur taux au cours du cycle et qui partagent toutes un degré de similitude quant à leur composition en acides aminés. En effet, les cyclines sont définies par une région commune d’environ 100 acides aminés appelée « cyclin box » qui sert à lier et à activer les CDKs [102, 103]. On distingue d’une part les cyclines dites « START » ou G1 qui atteignent leur pic d’expression en phase G1 (cyclines D : D1, D2 et D3) ou à la transition G1/S (cycline E) et d’autre part les cyclines dites mitotiques (cyclines A et B) dont le pic d’expression se situe en G2/M [104] (Figure 4).

Ces deux types de cyclines varient dans leur structure générale : les cyclines mitotiques ont environ 200 acides aminés situés dans la partie N-terminale alors que les cyclines START s’étendent en C-terminal pour former une région riche en proline, acide glutamique, sérine et thréonine appelée « PEST ». Cette région PEST joue un rôle dans le renouvellement rapide de ces cyclines et leur confère une demi-vie très courte [105, 106].

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II.2.3.1. Les cyclines D

Les cyclines de type D sont au nombre de trois et sont les premières à apparaître lors d’une stimulation par des mitogènes. Elles sont synthétisées tout au long de la stimulation tant que le facteur de croissance reste dans le milieu si bien que, dans ces conditions, les taux des cyclines D varient peu au cours du cycle, avec néanmoins un pic d’expression en G1-S. Inversement, dès que le mitogène est retiré du milieu, les cyclines D sont rapidement détruites, quelle que soit la position de la cellule dans le cycle [107] : si la cellule a dépassé le point de restriction R, leur destruction est sans effet ; si la cellule est en G1, la destruction des cyclines D empêche la cellule d’aller plus loin dans le cycle. Leur synthèse débute en début de G1 et leur activité sur les kinases ne se fait qu’en milieu de G1 et augmente au fur et à mesure que les cellules approchent de la transition G1-S [108, 109]. La surexpression de cycline dans des cellules normales accélère la phase G1 [110]. Les partenaires catalytiques majeurs des cyclines D sont CDK4 et CDK6 [108, 109, 111]. La fonction primaire des cyclines D est de stimuler la progression en phase G1. En dépit de leur similitude, les membres de la famille des cyclines D sont différemment exprimés selon la lignée cellulaire. Ainsi, la cycline D1 est absente des cellules de la lignée lymphoïde [112].

Lors de la phase G1, l’hyperphosphorylation complète de la protéine du rétinoblastome, pRb, entraînant la libération de E2F survient après l’action séquentielle des complexes cycline D/CDK4-6 et cycline E/CDK2 [113]. Plus spécifiquement, la fonction du complexe cycline D/CDK4 semble être la destruction de l’association de pRb avec une histone désacétylase (HDAC) annulant ainsi la répression des gènes cycline A et CDK1 par le complexe pRb/E2F [114, 115].

Figure 4 : Implication des CDKs et de leurs cyclines associées au cours du cycle cellulaire.

Différentes CDKs régissent le cycle de division. Les cyclines, sous-unités régulatrices des CDKs, présentent une cinétique cyclique conditionnant le cycle cellulaire.

38 L’expression et la dégradation de la cycline D sont régulées par des cascades de signalisation convergentes initialisées par des récepteurs membranaires incluant des récepteurs tyrosine kinase, des cytokines, des protéines G et des protéines impliquées dans l’adhérence comme les intégrines et les cadhérines [110, 116]. Les mécanismes de contrôle de la dégradation de la cycline D son mal connus. Cependant, on sait que la phosphorylation de la cycline D par la glycogène synthétase kinase-3β (GSK-3β) entraîne son exportation du noyau vers le cytoplasme où elle est dégradée par des systèmes à ubiquitines [117]. Ce système permet de réduire la demi-vie de la cycline D à 10 minutes, ce qui permet une régulation très rapide de son activité.

II.2.3.2. La cycline E

La cycline E est une protéine nucléaire de 50 kD dont l’expression est maximale en fin de phase G1, après l’augmentation des cyclines D [105]. Elle agit en fin de phase G1 en se complexant avec CDK2 [118, 119]. Le complexe cycline E/CDK2 a une forte activité kinase juste avant l’entrée des cellules en phase S et phosphoryle la protéine du rétinoblastome (pRb) [91, 120]. La surexpression de la cycline E raccourcit la durée de la phase G1, diminue la taille de la cellule, diminue la dépendance aux facteurs de croissance et prolonge la durée de la phase S [121, 122]. Des cellules fibroblastiques bloquées en phase G1 débutent quand même la réplication de leur ADN quand la cycline E est surexprimée [121]. Des anticorps dirigés contre la cycline E injectés dans des cellules en phase G1 inhibent l’entrée en phase S [122]. Cette inhibition n’a pas lieu si l’injection se fait dans des cellules en phase S ce qui signifie que la cycline E est indispensable à la transition G1/S. Au cours de la phase S, l’expression de la cycline E diminue car elle est dégradée par le protéasome après action de l’ubiquitine [123].

Le complexe cycline E/CDK2 est capable de phosphoryler pRb, l’histone H1, la protéine p27^KIP1 inhibitrice de CDKs et pourrait probablement phosphoryler d’autres substrats [24]. Ce complexe contrôlerait également la formation des complexes de transcription en phosphorylant la protéine Cdc45 qui se fixe sur le complexe pré-réplicatif (cf. § II.3.3) permettant ainsi la liaison de l’ADN polymérase α sur ce même complexe [124]. L’ADN polymérase α, appelée aussi primase, joue un rôle essentiel dans l’initiation de la réplication. Elle appartient à la famille B des ADN polymérases et est composée de quatre sous-unités, dont la sous-unité primase de 49 kDa et la sous-unité catalytique de 180 kDa codée par le gène POLA1 en copie unique sur le chromosome X. Le rôle des deux autres sous-unités n’est à ce jour pas clairement défini. Polα a tout d’abord été décrite comme étant la principale

39 réplicase, avant la découverte de Polδ et Polε. Son implication dans la réplication de l’ADN a été étayée par sa forte activité dans les cellules se divisant rapidement, sa localisation nucléaire et son induction lorsque les cellules quiescentes entrent en prolifération. Son rôle de primase est désormais admis. En effet, la primase initie la réplication en synthétisant une amorce ARN d’une dizaine de ribonucléotides environ, puis son activité catalytique étend la synthèse sur 20 désoxynucléotides supplémentaires. Son recrutement n’est possible que si l’ADN a été déroulé et si le simple-brin est recouvert par la protéine RPA (Replication

Protein A). Après synthèse de l’amorce ARN/ADN, le complexe RFC (Replication Factor C)

charge le facteur de processivité PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen) autour de l’ADN pour permettre l’élongation des amorces.

La dégradation de la cycline E est catalysée par le complexe SCF (SKP1, Cullin-1, F-box protein). C’est l’autophosphorylation préalable de la cycline E catalysée au sein du complexe cycline E/CDK2 lui-même qui permet sa protéolyse ubiquitine-dépendante lorsqu’elle se retrouve sous forme libre [125].

II.2.3.3. Les cyclines mitotiques

Les cyclines mitotiques comprennent la cycline A et la cycline B. Elles possèdent une séquence d’acides aminés partiellement conservée (dénommée destruction box) située en partie N-terminale, indispensable à leur destruction rapide et soudaine spécifiquement pendant la mitose [126]. Cette destruction se fait par la voie de la protéolyse dépendante de l’ubiquitine [127]. Le taux des cyclines mitotiques augmente progressivement au cours des phases S et G2 pour atteindre un pic en mitose. Les cyclines A et B interagissent toutes les deux avec la kinase CDK1 pour déclencher la mitose et la dégradation de ces deux protéines est nécessaire pour que la cellule sorte de la mitose [65, 128]. La synthèse et la destruction de la cycline A ont toujours lieu en avance par rapport à la cycline B [67, 128].