Les Médiateurs et les Effecteurs

4.4.1. Les modifications post-traductionnelles

Avant d’aborder les médiateurs et les effecteurs impliqués dans la DDR, il est important de noter que la cascade de signaux déclenchée par les transducteurs est régulée par diverses modifications post- traductionnelles. Parmi ces modifications, on peut citer la phosphorylation, la SUMOylation, l’ubiquitination, la méthylation, la PARylation ou encore l’acétylation (Bergink and Jentsch, 2009; Liu et al., 2016; Polo and Jackson, 2011). Ces modifications sont réversibles permettant une régulation fine de la DDR ainsi que d’éviter la synthèse de novo de protéines. Elles ont pour rôle de favoriser le recrutement ou la dissociation des facteurs de la DDR ou encore de réguler le laps de temps que ces différentes protéines passeront au niveau du site endommagé.

L’importance de la phosphorylation et de la déphosphorylation est bien connue comme nous l’avons décrit précédemment avec les trois principaux transducteurs. Afin qu’il y ait une balance entre la

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phosphorylation et la déphosphorylation, certaines phosphatases sont impliquées dans cette régulation de la DDR comme Wip1, PP2A, PP5 et PP1 (Liu et al., 2016).

Tout comme la phosphorylation, la SUMOylation et l’ubiquitination sont aussi dépendantes de l’ATP et impliquent trois types d’enzymes E1, E2 et E3 (ligase). Ces processus vont conduire à l’ajout d’une ou de plusieurs protéines d’ubiquitine (Ub) dans le cas de l’ubiquitination et l’ajout principalement d’une protéine SUMO dans le cas de la SUMOylation. L’ubiquitination est importante pour l’assemblage des protéines de la DDR. Ce mécanisme est connu pour entrainer la dégradation des protéines ubiquitinées vers le protéasome mais son implication dans la DDR a aussi pour rôle de servir de plate-forme d’accueil pour l’assemblage des protéines. Plusieurs E3 ligases s’accumulent sur les sites endommagés comme BRCA1, Mdm2, RNF8, RNF168 ou Rad18. La SUMOylation possède divers rôles dont celui d’influencer l’expression ou la stabilité de certaines protéines. Parmi les cibles de SUMOylation, on peut citer XRCC4, RPA, ATRIP, MDC1, FEN1 ou encore BRCA1. Par exemple, la SUMOylation de BRCA1 permet de favoriser son activité E3 ligase. De plus, il a été établi que l’accumulation de protéines SUMOylées sur les sites endommagés favorise les activités d’ubiquitination. Ces deux mécanismes d’ajout des protéines Ub et SUMO sont également contrebalancés par l’action d’enzymes de déubiquitination (USP) et protéases spécifiques qui sont impliquées dans la maturation de SUMO appelées SENPs (SENtrin-specific Proteases) (Liu et al., 2016).

La PARPylation est un des premiers événements dans la DDR puisqu’elle est effectuée par les protéines PARP1 et 2 que nous avons décrit précédemment. L’action des protéines PARP est rapidement contrée par l’action de glycohydrolase PARG. La PARPylation permet le recrutement de protéines impliquées dans la réparation que nous détaillerons ensuite et participe également au remodelage de la chromatine.

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Figure 26 - Principales modifications post-traductionnelles impliquées dans la DDR (Polo and Jackson, 2011)

4.4.2. Les médiateurs

Les médiateurs sont les protéines qui agissent directement après l’action des transducteurs. Ce sont des protéines qui permettent le recrutement de protéines supplémentaires ou qui sont des protéines d’échafaudage sur lesquelles vont s’assembler des complexes afin de participer au décodage de l’information en activant une série de cascade moléculaire.

Les transducteurs ATM et ATR partagent certains substrats mais ont aussi leurs propres substrats. Ils sont responsables de l’ajout d’un groupement phosphate sur plus de 900 sites de 700 substrats protéiques impliqués dans la DDR suite à une irradiation de type IR ou UV (Matsuoka et al., 2007). Contrairement à DNA-PK qui ne régule qu’un petit groupe de protéines impliquées dans la voie NHEJ.

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Le Tableau 3 présente les différents médiateurs impliqués dans la DDR en fonction des transducteurs. Le médiateur noté en rouge correspond à celui qui est commun aux trois transducteurs et ceux en gras sont communs à ATR et ATM.

Tableau 3 - Récapitulatif des principaux médiateurs impliqués dans la DDR en fonction des transducteurs

Un des médiateurs les plus étudiés et commun aux trois transducteurs est l’histone H2AX qui, lorsqu’il est phosphorylé par les transducteurs, conduit à γH2AX. La formation de γH2AX s’effectue rapidement au niveau des sites endommagés et est nécessaire pour le recrutement des autres facteurs de la DDR au niveau de la chromatine. γH2AX est reconnu par MDC1 qui est activé par ATM. Le recrutement de MDC1 par le complexe MRN permet une amplification de la phosphorylation de H2AX. En effet, le partenaire de MDC1 est RNF8 qui va être en charge d’ubiquitiner les histones H2AX permettant le recrutement de RNF186 qui effectue la seconde ubiquitination. Ceci permet une amplification du signal d’ubiquitination et permet l’accumulation des protéines de réparation BRCA1 et 53BP1 (Doil et al., 2009) qui vont former des foyers de réparation également appelés foci (Stewart et al., 2003). La fonction de γH2AX n’est pas encore totalement élucidée mais elle joue un rôle central dans la réponse cellulaire en permettant le recrutement de protéines impliquées dans la réparation. En effet, 53BP1 favorise la voie NHEJ tandis que BRCA1 promeut la HR. Ces deux protéines sont donc en compétition et il a été montré que 53BP1 inhibe l’action de BRCA1 en phase G1 du cycle cellulaire (Bunting et al., 2010; Escribano-Díaz et al., 2013). Le mécanisme complexe par lequel ces deux protéines entrent en compétition n’est pas encore totalement compris (Hustedt and Durocher, 2017). Comme vu précédemment, PARP1 servirait également d’intermédiaire pour l’accumulation du complexe MRN au niveau des CDBs de manière dépendante de γH2AX et contribuerait donc au remodelage de la chromatine (Haince et al., 2007).

4.4.3. Les effecteurs

Le dernier niveau de la DDR est géré par les effecteurs. Ils permettent l’exécution des fonctions de la DRR entrainant la réponse cellulaire. Nous allons détailler trois effecteurs majeurs : Chk1 et 2 ainsi que p53 mais il existe d’autres effecteurs comme CK2, p38 ou encore MK2 (Harper and Elledge, 2007).

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Les deux Sérines/Théonines kinases Chk1 et Chk2 (Checkpoint kinase 1 et 2) sont les effecteurs les plus connus. Ils sont activés par phosphorylation directe par leurs transducteurs.

Chk1 est l’effecteur le mieux caractérisé d’ATR (Liu et al., 2000). Il va être phosphorylé par ATR sur deux de ses résidus Sérine. Cette réaction est stimulée par plusieurs facteurs dont la protéine Claspin (Lindsey-Boltz et al., 2009).

Chk2 est l’effecteur d’ATM (Chaturvedi et al., 1999). Il va être activé par phosphorylation d’ATM sur un résidu Thréonine.

Ces deux effecteurs sont impliqués dans plusieurs réponses cellulaires mais leurs fonctions principales concernent le cycle cellulaire que nous allons voir plus bas. De plus, ils sont capables de phosphoryler l’effecteur p53 (Shieh et al., 2000).

P53 est un autre effecteur qui est très étudié puisque cette protéine est un suppresseur de tumeur souvent nommée « gardienne du génome ». P53 peut être phosphorylée par Chk1 et 2 mais également directement par les transducteurs ATM et ATR au niveau de plusieurs sites (Zhou and Elledge, 2000). Sa phosphorylation permet de la stabiliser pour éviter la fixation de Mdm2, une E3 ligase qui entraine sa dégradation par ubiquitination (Cheng and Chen, 2010). De plus, ATM et ATR peuvent également directement inhiber l’activité de Mdm2 par phosphorylation (Maya et al., 2001; Shinozaki et al., 2003). La régulation de p53 est très complexe due à son implication dans des processus cellulaires majeurs comme l’arrêt du cycle cellulaire, la mort cellulaire programmée ou le déclenchement des voies de réparation par activation de la transcription de gènes ; mais également pour d’autres fonctions moins connues comme l’autophagie ou la reprogrammation métabolique des cellules cancéreuses (Bieging et al., 2014).