Les PARP ADN-dépendantes

Les PARP ADN-dépendantes sont impliquées dans la réponse aux dommages à l’ADN. La plupart des PARP en conditions normales sont inactives. En effet, dans les cellules à l’état basal, le niveau de PARylation est faible (Ji and Tulin, 2010). PARP1, PARP2 et PARP3 sont activées en réponse aux cassures de l’ADN (Ame et al., 1999; Ame et al., 2004; Benjamin and Gill, 1980; Rulten et al., 2011). Dans les souris, le knock-out simple de PARP1 ou PARP2 seul est viable, alors que le double knock-out de PARP1 et PARP2 est létal au stade embryonnaire (Menissier de Murcia et al., 2003).

1- PARP1

PARP1 est une protéine de 113 kDa, localisée dans le noyau et responsable de près de 90% de la production de PAR totale (Ame et al., 1999; Jungmichel et al., 2013). Sa structure, plus complexe que celle de PARP2 ou PARP3, peut être subdivisée en trois parties : le domaine de liaison à l’ADN en N-terminal, le domaine central d’automodification et le domaine catalytique en C-terminal (Figures 35 et 36).

Le domaine de liaison à l’ADN permet à PARP1 d’interagir avec diverses structures d’ADN via deux doigts de zinc, Zn1 et Zn2, et un domaine de liaison au zinc (ZBD ou Zn3) (Cf partie IIIB1) (Langelier et al., 2011). La région N-terminale contient également un signal de localisation nucléaire (NLS) qui dirige PARP1 vers le noyau et contient un site de clivage ciblé par la caspase 3 au cours du processus apoptotique (Oliver et al., 1998; Schreiber et al., 1992).

Le domaine central d’auto modification BRCT (BRCA1 C-Terminus) joue un rôle dans l’interaction de PARP1 avec ses partenaires protéiques.

Le domaine catalytique comprend le domaine WGR (Tyr-Gly-Arg), notamment impliqué dans la détection des DSB et la liaison aux ARN, ainsi que le domaine ART (Langelier et al., 2012)

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Figure 35 : Structures des domaines des membres de la famille PARP et de PARG. Les domaines suivants sont

représentés : PARP domain : domaine ART (ADP-ribosyl transferase), WGR : résidus conservés Tyr-Gly-Arg, Zn : zinc finger (doigts de zinc), DBD : DNA-binding domain (domaine de liaison à l’ADN), RRM : RNA-binding motif (motif de liaison à l’ARN), Macro : domaine macro, BRCT : BRCA1 C-terminus, WWE : résidus conservés Tyr-Glu, UIM : Ubiquitin- Interacting Motif (motif d’interaction à l’ubiquitine), SAM : sterile alpha motif, ANK : ankyrine, HPS : résidus His, Pro et Ser, vWA : facteur de von Willebrand de type A, VIT : vault inter-α-trypsin, MVP-BD : site de liaison de la protéine MVP (major vault protein). NLS : nuclear localization signal (signal de localisation nucléaire), NoLS : nucleolar localization signal (signal de localisation nucléolaire), NES : nuclear export signal (signal d’exportation nucléaire), MLS : mitochondrial localization signal (signal de localisation mitochondriale). Le nombre d’acide aminés de chaque protéine est indiqué (D'après Schreiber et al., 2006).

85 PARP1 est principalement activée par son interaction avec l’ADN endommagé (D'Amours et al., 1999). Par ailleurs, PARP1 peut également être activée après liaison aux nucléosomes (Kim et al., 2004) ou à l’ADN non endommagé (Kun et al., 2002).

Les principales fonctions biologiques de PARP1 seront décrites dans la partie III.2.

Figure 36 : Structure des domaines de PARP1 humaine et leurs fonctions associées. PARP1 est divisée en trois parties :

le domaine de liaison à l’ADN (DBD = DNA-binding domain), le domaine central d’automodification (AD) et le domaine

catalytique. Les domaines Zn1, Zn3 et WGR sont impliqués dans la détection des DSB et le domaine Zn2 dans celle des SSB. Les domaines BRCT et WGR participent à la liaison aux protéines et aux ARN respectivement. Le domaine NLS contient le site de clivage par la caspase 3. Les trois acides aminés HYE essentiels à l’activité catalytique de PARP1 sont indiqués (Adapté de Cseh et al., 2017).

2- PARP2 et PARP3

Comme PARP1, PARP2 et PARP3 sont retrouvées dans le noyau mais sont cependant moins exprimées. De plus, PARP2 est responsable de seulement 5 à 10 % de la production de PAR totale (Ame et al., 1999). PARP1, PARP2 et PARP3 sont composées chacune du domaine WGR et du domaine ART. Cependant, les séquences N-terminale de PARP2 et PARP3 sont plus petites (70 et 40 acides aminés, respectivement). Contrairement à PARP1, cette région n’est pas impérativement requise pour la liaison de PARP2 ou PARP3 à l’ADN ou pour leur activation. C’est la présence du domaine WGR qui est importante pour leurs fonctions ADN-dépendantes. Ce domaine facilite leur liaison à l’ADN et la déstabilisation de leur sous-domaine régulateur HD du domaine catalytique (Helical Subdomain), étape essentielle à la régulation de l’activité catalytique (Langelier et al., 2014).

PARP1 et PARP2 partagent une grande homologie de séquence et présentent des fonctions communes. Par exemple, ces deux protéines jouent un rôle dans la réparation des lésions simples brins ou encore dans le redémarrage des fourches de réplication bloquées (Bryant et al., 2009; Schreiber et al., 2002). De plus, comme PARP1, il semblerait que

86 PARP2 soit impliquée dans la réparation des DSB. En effet, il a été montré que PARP2 favoriserait le processus de réparation des DSB par recombinaison homologue (HR : Homologous Recombination) par rapport à celui de jonction d'extrémités non homologues (c- NHEJ : classical Non-Homologous End-Joining) (Fouquin et al., 2017). PARP2 inhibe la c- NHEJ en limitant l’accès de 53BP1 (p53-binding protein 1) au site de cassure et promeut la HR en induisant la résection de la cassure. PARP2 possède également des fonctions uniques notamment dans la différenciation cellulaire tels que la spermatogénèse (Dantzer et al., 2006), l’adipogenèse (Bai et al., 2007) et la maturation lymphocytaire (Filliol et al., 2017; Nicolas et al., 2010; Yelamos et al., 2006) ainsi que dans la maintenance de l’intégrité des télomères (Dantzer et al., 2004). De plus, PARP2 à un rôle protecteur vis-à-vis des recombinaisons illégitimes et permet ainsi de supprimer les translocations chromosomiques d’oncogènes tel que c-myc (Robert et al., 2009).

PARP3 jouerait un rôle dans la voie de réparation des DSB par c-NHEJ en facilitant le recrutement de Ku70/Ku80, ce qui limite la résection de la cassure, étape initiale du processus de réparation par HR (Beck et al., 2014). De plus, PARP3 entraîne l’accumulation à proximité de la cassure de la protéine APLF (Aprataxin-and-PNKP-Like Factor), accélérant ainsi la ligation de la cassure par XRCC4 et la ligase IV au cours du c-NHEJ (Fenton et al., 2013; Rulten et al., 2011). A l’inverse de PARP2, PARP3 orienterait le choix de la voie de réparation des DSB vers le mécanisme de c-NHEJ plutôt que celui de HR, en facilitant l’accès de 53BP1 au dépend de celui de BRCA1 (BReast CAncer type 1 susceptibility protein) (Beck et al., 2014). En outre, il a été montré que PARP3 régule négativement la commutation de classe des immunoglobulines (Robert et al., 2015). Plus récemment, une nouvelle fonction de PARP3 dans le contrôle de la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) induite par le TGFβ et l’acquisition de propriétés de cellules souches (« stemness ») a été décrite (Karicheva et al., 2016).