Différents complexes cycline-Cdk sont impliqués dans la régulation du cycle cellulaire. Parmi ces complexes, le MPF, composé d’une sous-unité régulatrice cycline B et de la Cdk1, contrôle la transition G2/M et donc l’entrée en mitose des cellules. Au cours de la phase G2, l’activité de son promoteur et la stabilité de son ARNm augmentent, ce qui aboutit à un niveau élevé de cycline B. Cette cycline B nouvellement synthétisée se lie avec une sous- unité Cdk1, pour former un complexe tout d’abord inactif (figure 13). En effet, Cdk1 est phosphorylée par les kinases Wee1 et Myt1 sur les résidus Tyr15 et Thr14, ce qui inhibe la fixation de l’ATP, le complexe cycline B-Cdk1 ainsi formé est donc catalytiquement inactif. Le complexe CAK (composé des protéines cycline H, Cdk7 et MAT1) phosphoryle le résidu Thr161 situé dans la boucle d’activation de Cdk1, ce qui induit une augmentation de l’activité kinase du complexe cycline B-Cdk1. La déphosphorylation des résidus Tyr15 et Thr14 est réalisée par les membres de la famille de phosphatase Cdc25. Cdc25B intervient tout d’abord en tant que phosphatase initiatrice de la déphosphorylation qui active le complexe cycline B- Cdk1 cytoplasmique au cours de la transition G2/M (Gabrielli et al., 1996; Lammer et al., 1998).
Après ce premier niveau d’activation, le complexe cycline B-Cdk1 poursuit lui-même sa propre et entière activation à l’aide d’une double boucle d’amplification positive. En effet, le MPF va phosphoryler Cdc25B et Cdc25C, entraînant l’apparition d’un phospho-épitope reconnu par le PBD de Plk1, qui pourra ensuite phosphoryler ces deux protéines (Elia et al., 2003a; Elia et al., 2003b; Lobjois, 2008). Plk1 fait donc partie de la boucle d’amplification du MPF (Abrieu et al., 1998; Qian et al., 1998). Cette phosphorylation stimule l’activité de Cdc25B et active Cdc25C, qui peuvent alors déphosphoryler et activer totalement le MPF. Cette phosphorylation permet également la translocation nucléaire de Cdc25B et Cdc25C (Smits et al., 2000; Toyoshima-Morimoto et al., 2002). Enfin, Cdc25C atteint sa pleine
activation suite à son isomérisation par Pin1, une peptidyl-prolyl isomérase (PPIase) elle- même phosphorylée et stabilisée par Plk1 (Eckerdt et al., 2005). La déplétion de Plx1 chez le Xénope prévient la phosphorylation de Cdc25C, retarde l’activation du complexe cycline B- Cdk1 (Kumagai and Dunphy, 1996) et résulte en un arrêt du cycle en G2 (Qian et al., 1998; Qian et al., 2001) ; Cependant, des cellules de mammifères avec un défaut en Plk1 peuvent entrer en mitose. Le complexe cycline B-Cdk1 est actif dans ces cellules malgré la phosphorylation incomplète de Cdc25C (van Vugt et al., 2004). Ceci suggère que le rôle de Cdc25C dans l’entrée en mitose diffère selon les espèces ou encore selon les types de divisions cellulaires.
De plus, le complexe cycline B-Cdk1 phosphoryle Wee1 (Watanabe et al., 2004), créant ainsi un motif de reconnaissance du PBD de Plk1 sur Wee1. Plk1 phosphoryle Wee1, ce qui permet la formation d’un motif appelé phospho-degron reconnu par la ligase de l’ubiquitine β-TrCP-SCF (Skp1-Cullin-F-Box). Wee1 est alors dirigée vers le système de dégradation cellulaire et ne peut plus inhiber Cdk1 (Watanabe et al., 2004). La régulation Myt1, qui appartient à la même famille de kinases que Wee1, est probablement similaire. En effet, un motif consensus de phosphorylation par Plk1 a été retrouvé chez Myt1, et le complexe cycline B-Cdk1 est capable déphosphoryler Myt1 in vitro, mais ces différentes phosphorylations n’ont pour le moment pas été prouvées in vivo (Booher et al., 1997; Nakajima et al., 2003). Myt1 est également un substrat de Pin1 (Wells et al., 1999).
Enfin, le complexe cycline B-Cdk1 est également régulé par sa localisation sub- cellulaire. En effet, malgré un transport continu entre le noyau et le cytoplasme en G2, la cycline B est localisée majoritairement dans le cytoplasme au cours de l’interphase car l’exportation nucléaire domine l’importation nucléaire à cette étape. Ce transport est facilité par deux domaines de la cycline B : un NLS (nuclear localization signal) qui dirige le complexe cycline B-Cdk1 au noyau et un CRS (cytoplasmic retention signal) contenant un NES (nuclear export signal), qui permettent l’exportation nucléaire et la rétention cytoplasmique du complexe cycline B-Cdk1 avant le début de la mitose (Yang et al., 1998; Pines, 1999). Plk1 phosphorylerait un résidu de la cycline située dans son NES ou à proximité, entraînant ainsi une perturbation du NES et la rétention du MPF dans le noyau. Les études divergent quant au résidu phosphorylé par Plk1 pour réguler la localisation du MPF. Certaines publications proposent la Sérine 147 (Toyoshima-Morimoto et al., 2001) et d’autres la Sérine 133 (Yuan et al., 2002; Jackman et al., 2003). Cependant, il existe probablement de multiples facteurs contrôlant la localisation du MPF.
Figure 13 : Régulation de l’entrée en mitose par Plk1 (D’après van Vugt et al., 2005).
Le complexe Cdk1-cycline B (MPF) est inhibé par phosphorylation de ses résidus Tyr15 et Thr14 par Myt1 et Wee1. Il est majoritairement cytoplasmique, l’export étant supérieur à l’import. Il est phosphorylé par le complexe Cdk7-cycline H-MAT1, ce qui lui permet d’atteindre un premier niveau d’activité et de phosphoryler Wee1. Puis, Plk1 phosphoryle Wee1 et Myt1, ce qui entraîne leur ubiquitinylation et leur dégradation. Les phosphorylations successives de Cdc25b et c par le MPF et Plk1 permettent leur activation et la translocation de Cdc25c au noyau. Ils vont alors achever l’activation du MPF en déphosphorylant les résidus Tyr15 et Thr14. Plk1 phosphoryle également la sous-unité cycline B du MPF, ce qui inhibe son exportation et permet son accumulation nucléaire.
L’entrée en mitose est donc contrôlée par l’activation du complexe cycline B-Cdk1, elle-même régulée par un équilibre entre des activités phosphatases et des activités kinases, ainsi que par sa localisation. L’activation du complexe cycline B-Cdk1 n’est pas permise tant que la réplication de l’ADN n’est pas complète, mais le mécanisme expliquant le temps d’attente entre l’achèvement de la phase S et le début de la mitose (G2) n’est pas résolu. Le
centrosome pourrait fonctionner comme une plate-forme pour le contrôle de la cinétique d’activation du MPF. En effet, l’accumulation d’une fraction de Cdk1 liée à la cycline B au niveau des centrosomes coïncide avec l’activation initiale de ce complexe (Jackman et al., 2003). Plk1 est également présente aux centrosomes et responsable de la phosphorylation de la cycline B à cette localisation (Golsteyn et al., 1995; Jackman et al., 2003). Son recrutement aux centrosomes pourrait ainsi promouvoir l’entrée en mitose. Cependant, plusieurs observations indiquent que ni Plk1, ni son accumulation aux centrosomes ne sont nécessaires à l’initiation de la mitose. Une mauvaise localisation de Plk1 (Hanisch et al., 2006) ou l’inhibition pharmacologique de Plk1 dans des cellules de mammifères en culture n’inhibe pas leur entrée en mitose. Ces cellules sont retardées an fin de prophase (Lenart et al., 2007), au moment où l’activation du complexe cycline B-Cdk1 a lieu aux centrosomes, mais la rupture de l’enveloppe nucléaire a tout de même lieu. L’activation de Cdk1 pourrait donc bien avoir lieu en l’absence de Plk1, mais après un long délai. Ceci suggère que l’entrée en mitose nécessite l’intervention de multiples facteurs, Plk1 n’étant un facteur limitant que dans certains types cellulaires ou certaines situations.