Le gène codant la protéine BRCA1 a été identifié en 1994 (336) et depuis, plus de 200 mutations différentes dans ce gène ont été associées au risque de développement d’un cancer (337). Des mutations dans BRCA1, comme dans BRCA2, déterminent le développement d’un cancer du sein ou de l’ovaire dans 85% de cas ; de plus, les mutations de BRCA1 confèrent un risque plus élevé par rapport aux mutations dans BRCA2 (338).
BRCA1 dans la réparation des CDBs de l’ADN.
Une des premières évidences de l’implication de BRCA1 dans la réparation des CDBs de l’ADN, dérive de la découverte de son interaction et sa colocalisation avec Rad51, au niveau des foyers nucléaires dans des cellules mitotiques. Ces foyers contiennent aussi BRCA2 et BARD1 (BRCA1-Associated Ring Domain 1) aussi bien avant qu’après l’induction des dommages (135, 139).
Les cellules déficientes en BRCA1 sont hautement sensibles aux radiations ionisantes et montrent une instabilité chromosomique élevée (339). Le même phénotype est montré par les cellules déficientes en BRCA2, ce qui suggère qu’entre Rad51, BRCA1 et BRCA2, existe une
liaison fonctionnelle impliquée dans les mécanismes de réparation de l’ADN. Le fait que BRCA1 soit indispensable pour la formation des foyers de Rad51 est en accord avec cette conclusion (340).
Mais BRCA1 intervient dans les phases précoces de la réponse aux dommages de l’ADN, alors que BRCA2 intervient directement dans la réparation de l’ADN dépendante de Rad51. En effet, BRCA1 aurait un rôle dans tous les mécanismes de réparation des CDBs de l’ADN, la HR, le NHEJ et le SSA (15). Cela est confirmé par le fait que BRCA1 interagit avec toute une variété des protéines. BRCA1 forme un complexe avec Rad51 et BRCA2, appelé BRCC (BRCA1-BRCA2-Containing Complex) qui comprend aussi BARD1 et d’autres protéines (341) ; ce complexe joue un rôle de E3 ubiquitine ligase qui peut être impliqué dans la régulation des protéines de la réparation. Un autre complexe contenant BRCA1, le complexe BASC (BRCA1-Associated genome Surveillance Complex), contient des protéines suppresseurs des tumeurs, des senseurs et des transducteurs, comme par exemple le complexe MRN, les protéines MSH2, MSH6 et MLH1, qui sont impliquées dans le mécanisme de réparation de mésappariements (MMR), l’hélicase BLM, la kinase ATM et les facteurs de la réplication PCNA et RF-C (342). Cela suggère un rôle de BRCA1 dans la coordination de la réplication et de la réparation de l’ADN.
L’interaction de BRCA1 avec le complexe MRN, suggère que BRCA1 peut influencer le choix de la voie de réparation à activer après l’induction des dommages ; en effet, BRCA1 colocalise avec le complexe MRN dans des foyers nucléaires après l’induction des dommages et, in vitro, inhibe l’activité endonucléase de Mre11 (319).
BRCA1 a été retrouvé aussi dans un complexe qui contient des protéines de la famille SWI/SNF qui sont impliquées dans le remodelage de la chromatine ; cela indiquerait que BRCA1 est importante dans tous les mécanismes qui impliquent des modifications de l’ADN, y compris la transcription (343).
Rôle de BRCA1 dans la signalisation des dommages sur l’ADN.
Après induction des dommages dans l’ADN et dans des cellules en phase G1-S, BRCA1 est phosphorylé par ATM, ATR et Chk2. Les différentes kinases ont des rôles distincts, même si le site phosphorylé sur BRCA1 peut être commun (344). Par exemple, ATM phosphoryle BRCA1 après un traitement aux radiations ionisantes, tandis que ATR phosphoryle BRCA1 après un traitement aux radiations UV, à la HU, aux agents induisant des pontages ou aux inhibiteurs de la réplication (345). Après un traitement aux radiations ionisantes, ATM phosphoryle aussi Chk2 qui, une fois activée, peut phosphoryler BRCA1 ; Chk2 et BRCA1
interagissent et colocalisent dans des foyers nucléaires qui disparaissent après une irradiation, ce qui indique que probablement la phosphorylation effectuée par Chk2 est responsable de la dissociation des foyers. Il semblerait que cette phosphorylation favorise la HR et inhibe le NHEJ (346).
De plus, les sites phosphorylés sur BRCA1 changent non seulement selon le traitement mais aussi selon la phase du cycle cellulaire (347) ; par exemple, ATR colocalise avec BRCA1 dans des cellules synchronisées en phase S du cycle, ce qui associe BRCA1 et ATR dans la réponse à des fourches de réplication bloquées ou cassées (344).
ATM, ATR et Chk2 régulent donc les activités de BRCA1 à travers sa phosphorylation et influencent ainsi la régulation du cycle cellulaire et la fidélité de la réparation.
Rôle de BRCA1 dans l’activation du checkpoint.
Des études récentes ont montré que BRCA1 joue aussi un rôle dans l’activation des checkpoints. Des cellules MEFs dérivants de souris homozygotes pour une délétion inactivant
BRCA1, possèdent un checkpoint G1-S normal, mais un checkpoint G2-M, induit par des radiations ionisantes, défectueux (339). De plus, ces cellules montrent une amplification des centrosomes qui détermine une ségrégation anormale de chromosomes et l’aneuploïdie. L’implication dans le checkpoint G2-M est confirmée par l’observation que BRCA1 contrôle l’inhibition des phosphatases de la famille Cdc25 (348).
Si ces cellules MEFs sont mutées aussi dans le gène codant p53, même le checkpoint G1-S devient défectueux. Mais l’implication de BRCA1 dans la régulation du cycle cellulaire est sans doute très complexe puisque BRCA1 a été impliqué aussi dans la transcription de p21 (349).
BRCA1 intervient aussi dans le checkpoint intra-S après l’arrêt d’une fourche de réplication ou après une irradiation, puisque sa phosphorylation est indispensable pour l’activation de ce checkpoint (347).
Le complexe BRCA1/BARD1.
BRCA1 est une protéine de 220 kDa qui existe en complexe avec la protéine structurellement corrélée BARD1 (Figure 29). Cette protéine, comme BRCA1, possède un domaine RING à l’extrémité N-terminale et deux domaines BRCT à l’extrémité C-terminale (350).
L’hétérodimère BRCA1/BARD1 est associé par les deux domaines RING de chaque protéine et possède une activité E3 ubiquitine ligase. Des mutations dans le domaine RING de BRCA1 déterminent une altération de la réparation des dommages de l’ADN, comme suggéré par une hypersensibilité aux radiations ionisantes et par l’arrêt des cellules en phase G2-M du cycle cellulaire. Cela indique que l’activité ubiquitine ligase est fondamentale pour le rôle de BRCA1 dans la réponse aux dommages de l’ADN (351).
Le phénotype des souris déficientes en BARD1 est strictement similaire à celui des souris déficientes en BRCA1 : ces animaux montrent une instabilité chromosomique élevée et une mortalité embryonnaire précoce. Donc, BARD1 aurait la tâche de stabiliser BRCA1 (352). Son implication dans la réponse aux dommages de l’ADN a été suggéré par l’observation qu’il colocalise avec BRCA1 dans des cellules en phase S et après des traitements endommageant l’ADN (135) ; sa participation à la HR a été aussi montré (349).
Des données récentes ont montré que le complexe BRCA1/BARD1 ubiquitine l’ARN polymérase II après induction des dommages sur l’ADN en déterminant sa dégradation et, par conséquent, l’inhibition de la transcription (353). Ce processus pourrait être utile à l’élimination de transcrits incorrects ou à la libération des régions d’ADN endommagées pour les rendre accessibles aux facteurs de réparation.
Les domaines BRCT à l’extrémité C-terminale sont impliqués dans l’interaction avec des protéines phosphorylées sur des résidus de sérine. Les seules interactions directes identifiées avec ces séquences sont celles de l’hélicase BACH1 (FANCJ) (354), CtIP (355) et Abraxas (356).
BACH1 lié à BRCA1 permet la liaison à ToBP1 ; celui-ci est un sous-complexe qui fait partie du complexe BASC (357).
Un complexe contenant BRCA1, CtIP et le complexe MRN a été récemment impliqué dans la résection des extrémités endommagées de la cassure (358).
BARD1
BRCA1 Exon 11
domaine RING NLS domaine BRCT
Figure 29. Représentation schématique des protéines BRCA1 et BARD1.
BARD1
BRCA1 Exon 11
domaine RING NLS domaine BRCT BARD1
BARD1
BRCA1 Exon 11
BRCA1 Exon 11Exon 11
domaine RING NLS domaine BRCT domaine RING
domaine RING NLSNLS domaine BRCT domaine BRCT
Abraxas a été impliqué dans l’interaction entre BRCA1 et une protéine liant l’ubiquitine, Rap80 ; ces protéines font toutes partie d’un complexe qui est impliqué dans la réparation des dommages et dans l’activation du checkpoint G2-M induit par des radiations ionisantes (356). Le recrutement de ToBP1 et du complexe MRN au site de la lésion sont indépendants du recrutement de BRCA1 et, pareillement, le recrutement de BRCA1 est indépendant du recrutement des deux autres ; cela indique que BRCA1 forme ces complexes au niveau de la cassure en reconnaissant ses protéines associées de façon parallèle et indépendante (357).