présentent de plus une augmentation de la synthèse spontané d’ADN (déjà observée dans les thymocytes murins et les lymphocytes humains (Yan et al. 2001)) sans modification du cycle cellulaire et une forte augmentation du stress oxydatif et du stress du réticulum endoplasmique (augmentation de hsp70, de la phosphorylation d’ERK1/2, de la superoxyde dismutase, de GPR78, du clivage de la pro-caspase 12,…) (Liu et al. 2005).
La répression de l’expression d’ATM ne semble pas affecter la différenciation neuronale puisque les cellules humaines neurones-like transféctées avec des shRNA dirigés contre ATM ont la même morphologie et expriment les mêmes marqueurs neuronaux que les cellules transfectées avec le shRNA contrôle (Biton et al. 2006).
Patients, souris et cellules déficientes pour ATM sont viables suggérant qu’ATM n’est pas essentielle pour les fonctions cellulaires critiques comme la progression du cycle cellulaire normal ou la différenciation cellulaire.
Le phénotype des souris déficientes pour ATM et les signes cliniques des patients A- T suggèrent qu’ATM n’est pas requis pour la réparation des dommages de l’ADN lors du développement embryonnaire mais semble crucial pendant la méiose et joue un rôle important pendant la maturation des lymphocytes. Mais le rôle principal d’ATM semble bien être dans la réponse aux cassures double-brin de l’ADN et ce à différents niveaux (activation des points de contrôle du cycle cellulaire, réparation de l’ADN et induction de l’apoptose). Il pourrait ainsi jouer le rôle de « senseur » des CDBs.
3) Fonctions d’ATM
Le grand nombre de cibles d’ATM (Figure 18) fait que cette protéine est impliquée dans de très nombreux processus cellulaire parmi lesquels la signalisation des dommages de l’ADN et le contrôle du cycle cellulaire sont les principaux.
(a) Dans la reconnaissance des CDBs
(i) Dans la reconnaissance CDBs et la réparation de l’ADN
La première étape de réponse de la cellule aux dommages de l’ADN est la reconnaissance de leur existence. Les CDBs sont rapidement reconnues puisque la phosphorylation d’H2AX est visible en moins d’une minute (Rogakou et al. 1998).
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Cependant, le mécanisme de reconnaissance exact des CDBs reste controversé. Le premier modèle soutient l’hypothèse que les CDBs produisent des modifications de la chromatine qui sont suffisantes pour activer ATM (Bakkenist and Kastan 2003) Et dans ce modèle, ATM est le premier « senseur » de cassures. L’autre modèle de reconnaissance des CDBs soutient que le premier à signaler les CDBs est le complexe MRN en se liant aux extrémités libres de l’ADN. Une fois lié, il recruterait et activerait ATM (Lee and Paull 2005). Il semblerait donc qu’il y ait une induction d’activité mutuelle entre le complexe MRN et ATM, et qu’elles permettent la reconnaissance des CDBs.
Les preuves de l’implication d’ATM dans la reconnaissance et la signalisation des CDBs sont nombreuses dans la littérature. La cinétique de réparation des CDBs présentent deux phases : une rapide qui représente la réparation des CDBs « simples » c’est-à-dire qui n’ont pas besoin d’être modifié pour être réparées ainsi que les CDBs des régions actives du génome dont l’accessibilité facilite la réparation ; et une phase plus lente où les extrémités libres de l’ADN ont besoin d’être modifiées pour pouvoir subir une religature. Les cellules dérivées de patient atteints d’ataxie telangiectasie présentent une quantité faible mais reproductible de CDBs non réparées. La première phase pourrait être atteinte (Pandita and Hittelman 1995) tandis que d’autre considèrent que seule la deuxième phase est touchée (Kuhne et al. 2004).
De plus, ATM participe à l’activation de différentes voies de réparation des CDBs, en phosphorylant le complexe Rad50 et Rad52, impliquées respectivement dans la NHEJ et dans la recombinaison homologue. L’exposition des cellules aux radiations ionisantes augmentent l’association de Rad51 et Rad52 qui est médiée par la phosphorylation de c-Abl d’une manière ATM-dépendante (Chen et al. 1999). En 2001, la rétention nucléaire d’ATM au site des CDBs a été montré dans des foyers associant Nbs1 et γH2AX (Andegeko et al. 2001).
Des données récentes ont permis de montrer que FOXO3a en régulant directement l’activité d’ATM pourrait promouvoir la réparation des CDBs (Tsai et al. 2008). En effet, l’hypothèse des auteurs est que les cassures de l’ADN pourraient entraîner le détachement de FOXO3a de l‘ADN et son interaction avec ATM juste après l’induction des CDBs. Si le nombre de dommages augmente encore, FOXO3a pourrait également être transloqué du cytosol vers le noyau et augmenter le nombre de complexe ATM/FOXO3a, ce qui mène à l’augmentation du nombre d’ATM phosphorylés sur la sérine 1981, à la phosphorylation des protéines cibles d’ATM comme H2AX et à l’exécution des programmes de réparation (Tsai et al. 2008). De
plus, cette publication a permis de montrer l’existence de complexe protéiques localisés au niveau des CDBs comprenant ATM-pS1981, γH2AX, BRCA1-pS1423, hRad17-pS645 et FOXO3a après traitement à la camptothécine (Tsai et al. 2008).
Substrats Site Role de la phosphorylation
Fonction de la cible Refs APLF
(aprataxin and PNK like
factor)
Ser116 NHEJ (endo/exonucléase liée à XRCC4/ADN Ligase IV)
(Macrae et al. 2008)
H2AX Ser139 Modification de la chromatine
Recrutement des protéines de réparation
(Rogakou et al. 1998)
RPA2 Thr21 Redirige rôle protéine Réplication, Réparation et Recombinaison de l’ADN (Wang et al. 2001; Block et al. 2004a) Artémis Ser503 Ser516 Ser645
Nucléase impiquée dans NHEJ et joue un rôle dans G2/M
(Zhang et al. 2004c; Chen et al. 2005c) Mre11
Nbs1
Sensing CDBs (Myers and
Cortez 2006) 53BP1 Ser166 Ser176/8 Ser302, 402 et 831 Stabilité génome Protection contre CDBs (Anderson et al. 2001)
(ii) Dans la Recombinaison Homologue (RH)
(i) Via son action sur la DNA-PKcs
La recombinaison homologue permet la réparation des CDBs dans les phases S/G2/M des eucaryotes supérieures. Ce système de réparation est basé sur la présence des chromatides sœurs pouvant servir de matrice pour corriger
correctement la CDB. La recombinaison homologue est augmentée s’il y a inactivation de la NHEJ dans des levures tout comme dans des cellules de mammifères (Pierce et al. 2001). L’absence de la DNA-PK stimule la recombinaison homologue mais l’inhibition chimique de la DNA-PKcs, la présence de mutants dans le cluster T2609 ou l’expression de variants d’épissages inactifs répriment la recombinaison homologue. Pourtant, un mutant sur le domaine kinase de la DNA- PKcs (K3752R), qui devrait donc agir comme un régulateur négatif de la recombinaison homologue, entraîne une stimulation de la recombinaison homologue d’environ 3 fois le niveau dans des cellules déficientes pour la DNA-PKcs (Shrivastav et al. 2008). L’hypothèse émise par les auteurs est que, comme la phosphorylation de T2609 permet le relargage de la DNA-PKcs des extrémités de l’ADN et comme le cluster T2609 de la DNA-PKcs est phosphorylable par ATM (Chen et al. 2007), dans le cas du mutant K3752R, ATM phosphoryle la DNA-PKcs inactive sur ce cluster et en permettant le relargage de la DNA-PKcs, il permet la liaison des protéines de la recombinaison homologue à l’ADN et la réparation des CDBs (Shrivastav et al. 2008). Ceci n’est pas visible lors d’inactivation chimique de la DNA-PKcs car il est possible que dans ce cas là, l’inhibiteur empêche physiquement la phosphorylation de la DNA-PKcs par ATM (Shrivastav et al. 2008).
(ii) Via d’autres protéines
ATM est capable de phosphoryler un grand nombre de protéines impliquées directement ou indirectement dans la recombinaison homologue parmi lesquelles BRCA1, BRCA2, FANCD2, Nbs1, Chk1, p53, SMC1, BLM (ces protéines jouent également un rôle dans le cycle cellulaire) mais aussi H2AX, WRN, RPA, c-Abl. De plus, il est connu depuis longtemps que la recombinaison homologue spontanée est augmentée dans les cellules déficientes en ATM (Meyn 1993) et qu’ATM a un rôle positif sur la recombinaison homologue induite par les CDBs (Morrison et al. 2000). Les auteurs suggérent que ce rôle passerait par Rad54 (Morrison et al. 2000).
(b) Dans le cycle cellulaire
En présence de CDBs, la cellule nécessite un arrêt du cycle cellulaire afin de réparer ses lésions et de protéger l’intégrité du génome cellulaire. ATM joue un rôle majeur dans l’activation des points de contrôle du cycle cellulaire.