Les processus biologiques cytoplasmiques régulés par la

recrutée (Eladad et al., 2005) alors que la kinase HIPK2 (Homeodomain Interacting Protein

Kinase 2) et la protéine SIZN1 (Smad-Interacting ZiNc finger protein 1) qui possèdent

chacune une séquence SIM sont recrutées par PML SUMOylée (Cho et al., 2009 ;Sung et al., 2011). PML est modifiée par les trois paralogues de SUMO (Zhong et al., 2000b ;Muller et al., 2001) mais la modification par SUMO-3 sur la Lys 160 est essentielle à la formation des PML-NBs et ne peut être compensée ni par SUMO-1 ni par SUMO-2.

3.4 Les processus biologiques cytoplasmiques régulés par la SUMOylation

3.4.1 Protéines cytoplasmiques SUMOylées

Il y a de plus en plus de protéines décrites pour être modifiées par SUMOylation dans le cytoplasme (Figures 34 et 35). La SUMOylation régule positivement ou négativement certaines de leurs fonctions.

De nombreux canaux ioniques et notamment des canaux potassiques sont connus pour être SUMOylés. Le canal K2P qui contrôle l’excitabilité neuronale interagit à la membrane avec Ubc9. Sa SUMOylation sur la Lys 274 inhibe son activité (Rajan et al., 2005; Plant et

al., 2005; Plant et al., 2012). Le canal potassique voltage dépendnat Kv est également

SUMOylé sur certaines de ces sous-unités. Sa déSUMOylation par SENP2 conduit à une hyperpolarisation de la membrane (Benson et al., 2007). Beaucoup de récepteurs métabotropiques couplés aux protéines G trimériques (RCPGs) comme les récepteurs canaux au glutamate sont également modifiés (Geiss-Friedlander et Melchior, 2007). La SUMOylation du récepteur au TGFβ conduit au recrutement des protéines Smad2 et Smad3 et à l’activation de la transcription dépendantre de TGFβ (Engel et al., 1998; Derynck et Zhang, 2003).

Des enzymes et notamment des kinases et des phosphatases ont leur activité enzymatique modulée par SUMOylation. Ainsi, la phosphatase réticulaire PTP1B (Protein

Figure 34 : Implication de la SUMOylation dans différents processus cellulaires (d’après Wasik et Filipek, 2014). Les fonctions nucléaires ne sont pas représentées sur le schéma. Activité enzymatique Activité de certains récepteurs Signalisation cellulaire couplée aux RCPGs Dynamique mitochondrial Exocytose Autophagie Activité des canaux ioniques Dynamique du cytosquelette

Tyrosin Phosphatase-1B) qui se fixe aux récepteurs tyrosine kinase (RTK), dont le récepteur à

l’insuline, voit son action sur le récepteur à l’insuline et la transduction du signal qui s’en suit inhibées par sa SUMOylation (Dadke et al., 2007). Par ailleurs, la protéine kinase FAK (Focal Adhesion Kinase) qui conditionne l’adhésion cellulaire est activée par autophosphorylation et induit le recrutement de la Src kinase suite à sa SUMOylation (Kadaré

et al., 2003). Récemment, plusieurs protéines du cytosquelette, dont l’actine, des

cytokératines et la tubuline, ont été identifiées comme étant SUMOylées (Impens et al., 2014). De manière intéressante, des molécules régulant la dynamique du cytosquelette sont également touchées, comme la petite protéine G Rac1 dont la SUMOylation stimule la migration cellulaire et la formation des lamellipodes (Castillo-Lluva et al., 2010).

L’ubiquitine ligase MAPL est un acteur de la dynamique mitochondriale et de la mitophagie, et qui, selon les conditions cellulaires, peut fonctionner comme une SUMO ligase. L’équilibre entre la fusion et la fission mitochondriale dépend de la dégradation protéasomale des facteurs MFN1 et DRP1. La SUMOylation de DRP1, dépendante de la protéine pro-apoptotique Bax, la stabilise et conduit à la fragmentation mitochondriale (Braschi et al., 2009). MAPL est aussi retrouvée dans des vésicules à destinée peroxisomale et pourrait aussi participer à la biogénèse de ces organites (Neuspiel et al., 2008; Braschi et al., 2010).

Récemment les études réalisées sur le transfert extra-cellulaire par les exosomes de matériel cellulaire comme les ARNm et les mini ARNs montrent que la protéine hnRNPA2B1 (Heterogeneous Nuclear Ribonucleoprotein) qui prend en charge les miARNs et les livre aux exosomes ne peut plus effectuer correctement sa fonction lorsqu’elle est déSUMOylée (Villarroya-Beltri et al., 2013).

Figure 35. Localisation des protéines SUMOylées dans la cellule (Geiss-Friedlander et Melchior, 2007).

3.4.2 Régulation du cycle cellulaire

Le cycle cellulaire est un ensemble de mécanismes moléculaires séquentiels et orchestrés qui débutent dans le cytoplasme et se transmettent jusqu’au noyau, pour aboutir in

fine à la ségrégation des chromosomes dupliqués et à la formation de deux cellules-filles

génétiquement identiques. Les évènements initiateurs de ce processus biologique étant cytoplasmiques, la régulation du cycle cellulaire par la SUMOylation sera traitée dans ce paragraphe.

La progression du cycle cellulaire est largement contrôlée par des MPTs, dont la SUMOylation ( Hay, 2005; Gareau et Lima, 2010; Flotho et Melchior 2013; Schimmel et al., 2014). Une dérégulation de la voie SUMO peut entraîner des dommages sévères à la cellule et perturber la phase G2/M du cycle cellulaire (Seufert et al.,1995; Li et Hochstrasser, 1999; Nacerddine et al., 2005; Schwartz et al., 2007). De nombreuses protéines SUMOylées et impliquées dans la régulation de la progression du cycle cellulaire ont été caractérisées. Il s’agit de la protéine PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen) (Armstrong et al., 2012), de l’ADN topoisomerase-IIα (Dawlaty et al., 2008), de la CENP-E (CENtromere-associated

Protein) (Zhang et al., 2008b), de la CENP-1 (Mukhopadhyay et al., 2010) et de la protéine

Borealin qui est un composant du complexe CPC (Chromosomal Passenger Complex), régulateur clé de la mitose (Klein et al., 2009). Malgré ces découvertes, le rôle de la SUMOylation sur ces protéines cibles est encore largement méconnu, et il y a peu de données reliant directement la SUMOylation à la progression du cycle cellulaire.

Pourtant, l’étude récente du SUMO-protéome de cellules arrêtées à différentes phases du cycle cellulaire a permis de mettre en évidence un rôle pour la SUMOylation de la protéine FoxM1 (Forkhead box transcription factor M1), régulateur clé de la progression du cycle cellulaire et de la ségrégation des chromosomes. Ainsi, Schimmel et al. (2014) ont montré qu’un défaut de SUMOylation de FoxM1 pendant la phase G2/M conduit à une inhibition de son activité transcriptionelle et, par voie de conséquence, à une augmentation de la polyploïdie des cellules dans lesquelles la SUMOylation de FoxM1 est déficiente. Par ailleurs, il semble que la modification de protéines par SUMO-2/3 régule la progression de la mitose mais peu de cibles, dont l’inhibiteur de la petite protéine G Rho RhoGDIα, ont été identifiées pour l’instant ( Murali et Rajalingam 2013 ; Schimmel et al., 2014).

Récemment la kinase AKT, impliquée dans la régulation de nombreux processus cellulaires comme la prolifération, la migration et la survie cellulaire, le métabolisme et la tumorigénèse et modifiée par de très nombreuses MPTs, a été retrouvée sous une forme SUMOylée. La SUMOylation de AKT conduit à son activation et à une augmentation de la

prolifération cellulaire faisant de la voie SUMO un nouvel acteur de la régulation de l’activité d’AKT (Li et al., 2013; Chan et al., 2014 ; de la Cruz-Herrera et al., 2014).

Une étude très récente a mis en évidence la SUMOylation d’une kinase spécifique de la phase G1 du cycle cellulaire, CDK6, dans des cellules de glioblastomes (Bellail et al., 2014) . Les auteurs ont montré dans des lignées cellulaires humaines de glioblastome que la SUMOylation de CDK6 par SUMO-1 stabilise la kinase dès la mitose et est requise pour la transition G1/S. De plus, ils ont montré qu’Ubc9 est activée par phosphorylation par la kinase mitotique CDK1, ce qui permet alors l’interaction d’Ubc9 avec CDK6 et la SUMOylation de cette dernière.

Néanmoins il ne faut pas oublier que le contrôle de la prolifération cellulaire passe surtout par la SUMOylation des facteurs de transcription régulant l’expression des gènes responsables de cette prolifération. De façon inattendue, la SUMOylation est perdue au niveau de la plupart des gènes dans les cellules en état de sénescence (Neyret-Kahn et al., 2013). Seuls les facteurs de transcription d’un petit nombre de gènes essentiels à la division cellulaire demeurent SUMOylés. Parce qu’elle se distingue par un arrêt irréversible de la division cellulaire, la sénescence cellulaire agit comme une barrière contre la prolifération des cellules tumorales. Ainsi, la perte de la SUMOylation pourrait être une caractéristique de la sénescence et pourrait jouer un rôle dans l’établissement et le maintien de cet état protecteur contre la formation de tumeurs (Neyret-Kahn et al., 2013).

3.4.3 Réponse au stress

Le niveau global de la SUMOylation est modulé en réponse à différents types de stress environnementaux comme les stress osmotique, oxydatif et thermique. Cela se traduit en général par une augmentation du nombre de protéines modifiées surtout par SUMO-2/3 vraisemblablement due à la plus grande disponibilité de ces peptides. Les effets de ces différents stress sur des cibles individuelles montrent que les réponses sont complexes et qu’elles dépendent de l’intensité et de la durée du stress. Les mécanismes moléculaires impliqués sont résumés dans la figure 36 (Tempé et al., 2008).

Le choc osmotique a beaucoup moins d’impact que les autres stress sur le niveau de SUMOylation (Saitoh et Hinchey, 2000). Lorsqu’il est induit par le sorbitol, il conduit à une SUMOylation par SUMO-2/3 de STAT1 de manière dépendante de l’activation de la p38MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinase) (Vanhatupa et al., 2008). De même, un choc osmotique induit par une concentration saline élevée conduit à la SUMOylation de c-Myc par SUMO-2/3 (Sramko et al., 2006).

Le choc thermique conduit à des effets plus sévères. La SUMOylation de HSF1 (Heat-

Shock Factor-1) est fortement augmentée et conduit, comme décrit précédemment, à une

augmentation de sa fixation à l’ADN et de son activité (Hong et al., 2001). De même, l’activateur transcriptionnel c-Myb est SUMOylé en réponse à un choc thermique. Au contraire, la SUMOylation de la topoisomerase 1 (Mo et al., 2002) et de la protéine PML (Nefkens et al., 2003) est fortement réduite suite au choc thermique, et la SUMOylation de c- Fos disparaît suite à ce stress de manière concomitante à la phosphorylation d’une thréonine proche de la lysine SUMOylable (Bossis et al., 2005). Ces différents travaux ont conduit à identifier une nouvelle SUMO ligase, RSUME (RWD-containing SUMoylation Enhancer), dont la transcription est activée en réponse au stress thermique (Carbia-Nagashima et al., 2007).

Le stress oxydant induit conduit globalement à une inhibition de la SUMOylation. Si l’inducteur est le peroxyde d’hydrogène H2O2 cette inhibition est due à une perte d’activité

des enzymes d’activation et de conjugaison (Saitoh et Hinchey, 2000) alors que l’utilisation d’oxyde nitrique (NO) entraîne une S-nitrosation de PIAS3 facilitant ainsi son interaction avec l’ubiquitine ligase Trim32 et sa dégradation protéolytique (Qu et al., 2007). Le stress hypoxique est corrélé à une augmentation de la transcription de SUMO-1 (Comerford et al., 2003; Shao et al., 2004) et à la SUMOylation de HIF-1 (Hypoxia Inducible Factor) (Ulrich, 2007).

Le stress génotoxique fait suite à la génération de cassures double brin de l’ADN induites par des agents chimiques, des radiations ionisantes ou une exposition aux rayons UV. Ce stress conduit chez la levure S. pombe à la SUMOylation de Rad52 impliquée dans les voies de recombinaison (Sacher et al., 2006). De manière analogue, dans des cellules de Figure 36 : Régulation de

la SUMOylation en réponse à différents stress environnementaux. La régulation affecte l’activité des enzymes de la voie SUMO (activation, conjugaison, ligation et protéase SENP). Le stress active différentes kinases qui augmentent (1) ou inhibent (2) la SUMOylation. (Schéma adapté de Tempé et al., 2008).

mammifères exposées aux UV, une augmentation de la SUMOylation est retrouvée sur le régulateur transcriptionnel DJ1 (aussi connue sous le nom de PARK7 pour PARKinson

disease autosomal recessive, early onset 7) (Shinbo et al., 2006), sur la protéine XPC

(Xeroderma Pigmentosum, complementation group C), un composant de la voie de réparation par excision de nucléotides ou NER (Nucleotide Excision Repair) (Wang et al., 2005) et sur la HAT Tip60 (Cheng et al., 2008). Les agents anti-cancéreux comme la doxorubicine affectent aussi la SUMOylation de certains facteurs comme le co-répresseur KAP-1 (Kinesin-

Associated Protein-1) ( Li et al., 2007; Ivanov et al., 2007), p53 (Lin et al., 2004) et NEMO

(NF-kappa-B Essential MOdulator) (Huang et al., 2003).