Cette famille de protéines est composée de quatre membres : p16INK4A (Serrano, Hannon et al. 1993), p15INK4B (Hannon and Beach 1994), p18INK4C (Guan, Jenkins et al. 1994; Hirai, Roussel et al. 1995) et p19INK4D (Chan, Zhang et al. 1995; Hirai, Roussel et al. 1995). Ces quatre protéines ont pour caractéristique commune de toutes présenter une structure contenant des répétitions ankyrine (figure 9). Ce sont des polypeptides de 15 à 19 kDa partageant environ 40% d’homologie. Les membres de cette famille sont capables d’inhiber les complexes CdK/cyclines et plus particulièrement l’activité kinase de la cycline D (figure
10). Pour ce faire, les protéines INK4 vont se mettre en compétition avec les cyclines D afin
de fixer les sous-unités CdK (4 et 6). Mais ce type d’inhibition par séquestration de CdK n’est efficace qu’en présence de la protéine Rb au sein de la cellule. En effet, en cas d’absence de pRb, l’expression de cycline E va se voir augmenter, rendant inefficace l’inhibition des complexes CdK4/cycline D et empêchant ainsi le blocage de l’entrée en phase S. Les gènes INK4 possèdent des profils d’expression très différents selon les tissus, ce qui laisse à penser que cette famille d’inhibiteurs du cycle cellulaire possède des fonctions spécifiques à un type
de tissu ou de cellules (Canepa, Scassa et al. 2007 pour une revue). Il est également intéressant de constater qu’une perte de fonction ou une inhibition de certaines protéines INK4 est fréquemment retrouvée dans différents types de cancer, d’où leur étiquette de « suppresseur de tumeur ». Leurs rôles sont assez variés et elles sont exprimées de façon spécifique en fonction de différents paramètres tels que le type ou l’âge des cellules ou du tissu.
p15INK4B :
Le gène de p15 se situe sur le chromosome 9p21 à environ 25kbp en amont du locus de p16. La protéine issue de ce gène contient quatre motifs ankyrine. De plus, elle possède de 50 à environ 70% d’homologies avec p16 selon que l’on considère la partie N ou C-terminale. Cette conservation au niveau de la séquence confère à p15 des caractéristiques proches de celles de p16INK4A. En effet, la déplétion de p15 pourrait jouer un rôle dans la formation de tumeurs du fait de l’absence d’inhibition des CdK (4 et 6). Il est également intéressant de noter que l’expression de p15 va fortement augmenter en présence de TGF-β entraînant une augmentation de sa liaison à CdK4 et 6 et conduisant à un arrêt de la cellule en phase G1 (Reynisdottir, Polyak et al. 1995; Reynisdottir and Massague 1997).
p18INK4C :
Le locus de p18INK4C se trouve sur le chromosome 1 en position p32. La protéine qui en découle possède 38% d’homologie avec p16. À l’inverse de p16, elle possède une affinité plus importante pour CdK6 que pour CdK4. D’un point de vue fonctionnel, tout comme p16, p18 va entraîner un arrêt du cycle cellulaire par inhibition des complexes CdK/cyclines. Cette protéine est notamment exprimée de façon focale durant le développement fœtal, jouant un rôle dans la différenciation terminale de différents types cellulaires (Morse, Chen et al. 1997; Zindy, Quelle et al. 1997).
p19INK4D :
Le gène de p19 est localisé sur le chromosome 9 en position p13. Tout comme p15INK4B, la protéine issue de ce gène comporte quatre motifs ankyrine et présente 48% d’homologie avec la séquence de p16. Les cibles de cette protéine sont les CdK 4 et 6. Elle a
Figure 9 : Structures tertiaires des inhibiteurs INK4 (logiciel Protein Data Bank).
La structure en « hélice-boucle-hélice est caractéristique des INK4 (motifs ankyrine répétés). p18 et p19 sont représentés en interaction avec CdK6. (Protein Data Bank)
Figure 10 : Les inhibiteurs du cycle cellulaire.
Les CKI (Inhibiteurs des Cyclines dépendantes des Kinases) sont capables d’inhiber les complexes CdK/cyclines en se fixant sur les CdK (2, 4 ou 6) afin d’empêcher leur liaison avec les cyclines. Il existe deux familles d’inhibiteurs : la famille INK4 inhibant les complexes CdK/cycline D et la famille CIP/KIP, capable d’inhiber l’ensemble des complexes CdK/cycline présents en G1 et S. (d’après L. Meijer, 2003)
Tout comme p18, p19 a été décrit comme pouvant jouer un rôle dans des phénomènes de différenciation terminale de différents types cellulaires (formation des macrophages, myogénèse) (Franklin and Xiong 1996; Adachi, Roussel et al. 1997), et au cours du développement. Son expression va donc varier en fonction du type ainsi que de l’âge du tissu (Morse, Chen et al. 1997; Zindy, Quelle et al. 1997).
p16INK4A :
Le locus d’INK4A est situé sur le chromosome 9 en position p21. La protéine p16 est constituée de 156 acides aminés et contient également quatre répétitions motifs du motif ankyrine. p16 est donc capable d’inhiber les complexes CdK/cycline en se liant à son ligand naturel, CdK4. En outre, différentes études semblent démontrer que le gène p16 est le plus fréquemment muté dans les cas de cancer. Le cas de p16INK4A sera décrit de façon plus approfondie dans une section ultérieure.
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III. La sénescence réplicative
III.1. Généralités
La sénescence correspond à un arrêt irréversible du cycle cellulaire, associé à des modifications morphologiques et fonctionnelles de la cellule. Elle peut être causée par différents facteurs comme une taille réduite des télomères ou l’exposition aigüe ou chronique à des signaux de stress physiologiques (UV, oxydant…). Plusieurs voies de signalisation sont susceptibles d’intervenir dans cet arrêt du cycle cellulaire en fonction du signal inducteur. Les cellules somatiques, contrairement aux cellules souches ou aux cellules tumorales, possèdent une capacité proliférative limitée. Cette limite du nombre de divisions a été mise en évidence par Hayflick dès 1961 (Hayflick and Moorhead 1961) à l’aide de fibroblastes humains en culture in vitro. Au cours de cette étude, il a décrit les phases de latence et de croissance exponentielle par lesquelles les cellules passent au cours de leur vie proliférative en culture avant de voir leur croissance ralentir pour atteindre la limite dite « de Hayflick » correspondant à un état de sénescence réplicative. On considère que les cellules sont en sénescence lorsque celles-ci n’ont pas fait de division pendant trois semaines dans un milieu prolifératif. Pour autant, le métabolisme des cellules atteignant cet état n’est pas stoppé. Les cellules en sénescence peuvent être conservées en culture pendant plusieurs mois. Les cellules sénescentes présentent trois caractéristiques principales qui les différencient des autres cellules : un arrêt prolifératif irréversible, une résistance aux mécanismes d’apoptose et l’apparition de modifications morphologiques et métaboliques. Enfin, deux voies sont impliquées dans l’induction de la sénescence des myoblastes humains: la voie p53 (télomères dépendante) et la voie p16 (stress dépendante).