Le mécanisme de la voie de réparation de l’ADN FANC-BRCA

La reconnaissance d’un pontage inter-brin s’effectue via le complexe FANCM- FAAP24. Cet hétérodimère joue de multiples rôles pour assurer le maintien de la stabilité de la fourche de réplication. FANCM possède des domaines hélicase/ATPase et endonucléases hautement conservés à travers les espèces et constitue également l’une des deux protéines du protéome humain à présenter ces deux domaines sur un même polypeptide [81,82]. FAAP24 possède un domaine d’interaction avec l’ADN simple brin, facilitant ainsi la reconnaissance d’un blocage de la fourche de réplication dû à un pontage inter-brin [83]. Le domaine tandem «helix-hairpin-helix» (HhH)2 de FAAP24 est essentiel pour la localisation du dimère à la chromatine [70]. Une fois lié à la chromatine, le complexe FANCM-FAAP24 est stabilisé par MHF1 et MHF2, des «histone-fold proteins» [84]. FAAP24 stimule l’action de la voie de signalisation ATR («Ataxia telangiectasia and Rad3 related»), un point de contrôle qui est activé en réponse à un stress réplicatif [85]. L’activation de la voie de signalisation ATR engendre la phosphorylation de quelques protéines Fanconi, grâce à son activité kinase ou celle de son partenaire CHK1 [86]. Parmi celles-ci, FANCA, FANCD2, FANCE, FANCG, FANCI et FANCM sont phosphorylées [87-92]. Les protéines FANCA, FANCB, FANCC, FANCE, FANCF, FANCG, FANCL et FAAP100 seront alors recrutées aux sites de dommages à l’ADN où se trouvent FANCM- FAAP24, et constitueront le complexe I. La formation des sous-complexes constituant le complexe I a été abordée dans la section précédente.

Le complexe I a pour rôle principal de procéder à la monoubiquitination de FANCD2 et de FANCI, soit les deux constituants du complexe ID2. Il s’agit d’une étape clé dans la cascade réactionnelle de cette voie de réparation de l’ADN afin de permettre son activation. Une interaction entre FANCE et FANCD2 favoriserait le rapprochement du complexe ID2 au complexe I, ce qui faciliterait la réaction de monoubiquitination [80,93]. La réaction surviendrait alors que FANCD2 et FANCI formeraient un hétérodimère. La monoubiquitination de FANCD2 est grandement augmentée lorsque FANCI est impliquée. Un niveau de monoubiquitination de FANCD2 faible est observé lorsque seul celui-ci est présent [94,95]. La réaction de monoubiquitination nécessite l’implication d’une enzyme de type E1 («ubiquitin activating enzyme»), E2 («ubiquitin conjugating enzyme») et E3 («ubiquitin ligase»). Dans le cadre de la voie FANC-BRCA, Ube2T possède l’activité E2 et est associé à FANCL qui possède l’activité E3 grâce à son domaine «RING finger» [96,97]. Ube2T transporte alors l’ubiquitine utilisée lors de la réaction de monoubiquitination. La figure 4 illustre l’activation de la voie de réparation FANC-BRCA par phosphorylation et par monoubiquitination de FANCD2 et FANCI via le complexe I («core complex»).

Figure 4 : Activation de la voie Fanconi par la phosphorylation ATR-dépendante et l’activité de monoubiquitination du complexe I

Schématisation de l’activation de la voie de réparation FANC-BRCA via la phosphorylation par ATR et CHK1 de FANCA, FANCE, FANCG, FANCI et FANCD2. La formation des sous-complexes du complexe I («FA core complex») est mise en évidence par les différentes couleurs. La monoubiquitination de FANCD2 et FANCI par le complexe I permet ensuite de procéder à la réparation des dommages à l’ADN grâce au recrutement des protéines du complexe III (non-illustrées). Image traduite de Wang, W. (2008). A major switch for the Fanconi anemia DNA damage-response pathway. Nat Struct Mol Biol 15, 1128–1130.

Il est de plus en plus évident que le complexe FANCD2-FANCI est aussi modifié par sumoylation. Cette modification post-traductionnelle surviendrait après la phosphorylation et la monoubiquitination. En fait, il s’agit d’un ajout d’une chaine peptidique SUMO («small ubiquitin-like modifier») pouvant être de longueur variable. La sumoylation jouerait également un rôle important dans la régulation de l’activation et de la répression de la voie FANC-BRCA [98].

Le recrutement des protéines de réparation est orchestré par le complexe ID2 monoubiquitiné, plus particulièrement FANCD2. Peu d’études ont été réalisées concernant la fonction de FANCI monoubiquitinée, comparativement à FANCD2. Parmi les protéines recrutées, on retrouve 7 protéines Fanconi, soit FANCD1 (BRCA2), FANCJ (BACH1/BRIP1), FANCN (PALB2), FANCO (RAD51C), FANCP (SLX4), FANCQ (ERCC4) et FANCS (BRCA1) en plus de certaines nucléases dont FAN1 et MUS81- EME1. Ces protéines agissent de concert afin de réparer le pontage inter-brin induit à l’ADN. Dans un premier temps, les nucléases interviennent à la lésion. D’abord, grâce à

son domaine UBZ («ubiquitin binding domain»), FAN1 «Fanconi-associated Nuclease 1» est recruté au pontage inter-brin par FANCD2 monoubiquitinée [99]. Elle agit avec l’hétérodimère MUS81–EME1, possédant une activité endonucléase, permettant de convertir le pontage inter-brin en cassure double brin. FAN1 possède une activité endonucléase pour créer l’incision en 5’, alors que MUS81-EME1 agit en 3’ [100,101]. Pour ce qui est de FANCP, celle-ci interagit directement avec FANCD2 monoubiquitinée grâce à son domaine UBZ4 et coopèrerait avec MUS81-EME1 pour créer l’incision [102,103]. FANCP est aussi reconnue pour être une protéine d’échafaudage. De plus, une étude suggère que SLX4, soit FANCP, agisse à titre de SUMO E3 ligase pour elle-même ainsi que pour XPF [104].

Dans un second temps, à la suite de la création de la cassure double brin créée par le décrochage du pontage inter-brin, les polymérases de translésion (TLS) sont recrutées à la lésion créée sur le brin sens. Cette famille consiste en des polymérases de faible fidélité, généralement utilisées au moment de la réplication lorsqu’il y a dommage à l’ADN pour combler les nucléotides manquant sur un brin. Ainsi la cellule est en mesure de compléter son cycle cellulaire [105]. Dans le contexte de la réparation d’un pontage inter-brin, les polymérases REV1 et POLζ sont recrutées par PCNA monoubiquitinée («proliferating cell nuclear antigen»). La monoubiquitination de PCNA n’est pas effectuée par le complexe I de la voie FANC-BRCA mais plutôt par RAD6 alors que RAD18 favoriserait son recrutement [106]. Par contre, FAAP20, membre du complexe I de la voie FANC-BRCA qui stabilise FANCA, serait aussi important pour le recrutement de REV1 à la lésion [107]. SNM1A, grâce à son activité exonucléase 5’-3’, permet de dégrader les nucléotides impliqués dans le pontage inter-brin, qui sont devenus excédants [108]. Cette étape facilite l’action des polymérases de translésion.

La réfection du brin sens par les polymérases TLS servira ensuite de modèle («template») pour la synthèse du brin complémentaire par la recombinaison homologue. D’abord FANCJ, possédant une activité hélicase, permet de défaire certaines structures induites à l’ADN afin de favoriser la recombinaison. Recrutée par FANCD2 monoubiquitinée, FANCJ participe également au recrutement de FANCS (BRCA1) grâce à

FANCD1 (BRCA2), une protéine qui se lie à l’ADN simple brin [110,111]. FANCD1 permet le recrutement de FANCO (RAD51C), la recombinase impliquée dans la voie FANC-BRCA [34,111]. Enfin, FANCN (PALB2) est connue pour interagir directement avec BRCA2 et RAD51, ce qui mènerait à son recrutement à la chromatine [112]. Bref, FANCD2 agit à titre de chef d’orchestre pour le recrutement des protéines de réparation de l’ADN et grâce aux diverses interactions établies entre les protéines du complexe III et FANCD2, celles-ci sont recrutées à la chromatine. Pour ce qui est de FANCQ (ERCC4), cette protéine possède aussi un domaine nucléase, mais une investigation plus approfondie pour mieux comprendre son implication dans la voie FANC-BRCA devrait être réalisée. Les différentes interactions entre ces protéines sont très importantes pour garantir leur recrutement à la lésion tout en assurant l’efficacité de leur fonction dans la réparation des dommages à l’ADN. La figure 5 permet d’illustrer de façon simplifiée les différentes étapes menant à la réparation d’un pontage inter-brin induit à l’ADN.

Figure 5 : Succession des étapes de la réparation des pontages inter-brins induits à l’ADN.

La réparation de l’ADN via la voie FANC-BRCA peut se diviser en 4 étapes, soit 1. L’activation, 2. La création de l’incision par les nucléases, 3. La réfection de la cassure double brin, 4. La recombinaison homologue. Traduit de Kottemann, M.C., and Smogorzewska, A. (2013). Fanconi anaemia and the repair of Watson and Crick DNA

Une fois le pontage inter-brin réparé, la voie FANC-BRCA est inactivée par la déubiquitination de FANCD2 et la dissociation du complexe I. Le dimère USP1/UAF1 a été identifié comme étant responsable du retrait de l’ubiquitine sur FANCD2 puisque la répression de USP1 a démontré une hyper-accumulation de FANCD2 monoubiquitinée. De plus, cette répression crée une instabilité génomique importante, ce qui suggère que autant la régulation de la monoubiquitination que la déubiquitination de FANCD2 est importante pour la réparation des pontages inter-brins et la stabilité cellulaire [113]. USP1 procéderait également à la déubiquitination de FANCI, mais l’importance de cette réaction n’a pas été démontrée en ce qui a trait à la désactivation de la voie FANC-BRCA [114]. L’activité enzymatique du dimère est présente grâce à USP1 [115]. Une étude a démontré que la forme sumoylée de FANCI favoriserait le recrutement de USP1/UAF1 via UAF1, en raison de son domaine tandem SLD («SUMO-like domains»), soit SLD1 et SLD2. Le domaine SIM («SUMO-like domain-interacting motif») de FANCI interagit alors avec UAF1, entraînant la déubiquitination du complexe ID2 [116,117]. La délétion du domaine SLD2 de UAF2 ou des mutations dans le domaine SIM de FANCI provoque une diminution de la déubiquitination de FANCD2 et de la réparation de l’ADN [116]. Par la déubiquitination du complexe ID2, le recrutement des protéines de réparation à la chromatine est alors inhibé. En plus, le complexe I est dissocié à la suite de la réparation de la lésion. L’hyperphosphorylation de FANCM jouerait un rôle dans le contrôle négatif de la voie FANC-BRCA. En fait, cela créerait la dissociation du complexe I ce qui entraînerait une perte de monoubiquitination de FANCD2 et de FANCI. Il a été démontré que Plk1 phosphoryle FANCM et provoque sa dégradation à la suite de la réparation des dommages à l’ADN. Ainsi, la protéine agissant à titre d’ancrage à la chromatine pour le complexe I, soit FANCM, est dégradée, ce qui induit la dissociation du complexe I [118].